Frank Herbert의 Dune 시리즈의 첫 번째 볼륨은 1965년에 데뷔했습니다. 스파이스 멜란지라는 귀중한 천연 물질을 채굴하는 것은 그 서사시적인 우주 사가의 추진 주제였습니다. 이 향신료는 사람들에게 광대한 우주를 탐색할 수 있는 능력을 부여했습니다. 그것은 또한 은하계 문명의 기초가 되었습니다. 물론 그것은 허구였습니다.
여기 지구에서는 실생활에서 금속 원소 그룹이 우리만의 기술 중심 사회를 가능하게 했습니다. 희토류라고 불리는 이 17가지 원소는 거의 모든 현대 전자 제품에 중요합니다. 그리고 이러한 금속에 대한 수요가 급증하고 있습니다.
15개의 희토류가 대부분의 주기율표에서 전체 행을 구성합니다. 란타나이드로 알려진 이들은 란탄에서 루테튬(원자 번호 57~71)까지 이어집니다. 또한 희토류에는 스칸듐(원자 번호 21)과 이트륨(원자 번호 39)이 포함됩니다. 마지막 두 원소는 란타나이드와 동일한 광상에서 발생하는 경향이 있습니다. 그들은 또한 유사한 화학적 특성을 가지고 있습니다.
희토류 세륨은 원유를 여러 가지 유용한 제품으로 가공하는 촉매 역할을 할 수 있습니다. 원자로는 또 다른 가돌리늄에 의존합니다. 원자로의 연료에 의한 에너지 생산을 제어하기 위해 중성자를 포획합니다.
희토류 채굴은 더럽지만 기후 친화적인 미래의 열쇠
그러나 희토류의 가장 뛰어난 능력은 발광과 자성입니다. 예를 들어, 우리는 희토류에 의존하여 스마트폰 화면을 채색합니다. 그들은 유로 지폐가 진짜 거래라는 신호를 보내기 위해 형광을 발합니다. 그들은 해저를 따라 광섬유 케이블을 통해 신호를 중계합니다. 또한 세계에서 가장 강력하고 신뢰할 수 있는 자석을 만드는 데 도움이 됩니다. 이 금속은 헤드폰에서 음파를 생성하고 공간을 통해 디지털 데이터를 향상시킵니다.
최근에는 희토류가 풍력 및 전기 자동차와 같은 녹색 기술의 성장을 주도하고 있습니다. 양자 컴퓨터에 사용되는 새로운 부품을 만들 수도 있습니다.
“그들은 어디에나 있습니다.”라고 Stephen Boyd는 이 금속에 대해 말합니다. 그는 캘리포니아 딕슨에 기반을 둔 합성 화학자이자 독립 컨설턴트입니다. 희토류 사용에 관해서는 “목록이 계속 이어집니다.”라고 말합니다.
초강대국은 전자를 추적합니다.
희토류는 가단성(변형하기 쉬운) 경향이 있습니다. 이 금속은 또한 녹는점과 끓는점이 높습니다. 그러나 그들의 비밀스러운 힘은 그들의 전자에 있습니다.
모든 원자는 전자로 둘러싸인 핵을 가지고 있습니다. 그 작은 전자들은 궤도라고 불리는 영역에 거주합니다. 핵에서 가장 먼 궤도의 전자는 원자가 전자로 알려져 있습니다. 그들은 화학 반응에 참여하고 원자를 함께 연결하는 결합을 형성합니다.
대부분의 란타나이드는 또 다른 중요한 전자 세트를 가지고 있습니다. 이러한 “f-전자”는 Goldilocks 영역에 거주합니다. 원자가 전자 근처에 있지만 핵에 약간 더 가깝습니다. Ana de Bettencourt-Dias는 “희토류 원소의 자기 및 발광 특성을 모두 담당하는 것은 이러한 f-전자입니다.”라고 말합니다. 그녀는 Reno에 있는 University of Nevada의 무기 화학자입니다.
희토류 금속은 자극을 받으면 빛을 방출합니다. de Bettencourt-Dias는 비결은 f-전자를 간지럽히는 것이라고 말합니다. 레이저 빔과 같은 에너지원은 희토류 원소에서 하나의 f-전자를 흔들 수 있습니다. 에너지는 전자를 여기 상태로 밀어줍니다. 나중에 시작 또는 기본 상태로 되돌아갑니다. 그렇게 하면서 이 f-전자는 빛을 방출합니다.
희토류 빛
흥분된 후 각 희토류는 안정적으로 정확한 파장(색상)의 빛을 방출한다고 de Bettencourt-Dias는 말합니다. 이를 통해 엔지니어는 많은 전자 장치에서 전자기 복사(빛)를 신중하게 조정할 수 있습니다. 예를 들어 테르븀은 약 545나노미터의 파장에서 빛을 방출합니다. 이는 TV, 컴퓨터 및 스마트폰에 사용되는 화면에서 녹색 발광 형광체를 생성하는 데 적합합니다. 두 가지 일반적인 형태가 있는 유로퓸은 적색 및 청색 형광체를 만드는 데 사용됩니다. 이러한 형광체는 대부분의 무지개 음영으로 화면을 칠할 수 있습니다.
희토류는 또한 유용한 보이지 않는 빛을 발산합니다. 이트륨은 이트륨-알루미늄-석류석 또는 YAG 결정의 핵심 성분입니다. 그들은 많은 고출력 레이저의 핵심을 형성합니다. 엔지니어들은 YAG 결정을 다른 희토류와 연결하여 이 레이저의 파장을 조정합니다. 가장 인기 있는 것은 네오디뮴을 입힌 YAG 레이저입니다. 이들은 강철을 자르고 문신을 제거하는 것부터 레이저 거리 측정에 이르기까지 광범위한 용도로 사용됩니다. 그리고 어븀-YAG 레이저 빔은 특정 수술에 좋은 옵션입니다. 그들은 빛이 우리 조직의 물에 쉽게 흡수되기 때문에 너무 깊게 자르지 않습니다.
레이저 외에도 란탄은 야간 투시경의 적외선 흡수 유리를 만드는 데 중요합니다. “어븀은 인터넷을 주도합니다.”라고 Tian Zhong은 말합니다. 그는 일리노이주 시카고 대학의 분자 공학자입니다. 디지털 데이터의 대부분은 광섬유를 통해 빛으로 이동합니다. 일반적으로 에르븀이 방출하는 것과 동일한 약 1,550나노미터의 파장을 가집니다. 광섬유 케이블의 신호는 소스에서 멀리 이동함에 따라 흐려집니다. 그 케이블은 수천 킬로에 걸쳐 늘어날 수 있기 때문에