碲的应用与前景

2023/2/7 9:50:37 作者:小满

碲在元素周期表中位于第五周期ⅥA族,与其同一主族的“亲戚”硫的性质颇相似,兼有金属和非金属的双重性质,故被称为“半金属”(又称“准金属”)。除了良好的导电性及传热能力外,在所有非金属同伴中,它的金属性是最强的。由于其毒性会使人感到恶心、头痛、皮肤瘙痒乃至心悸,碲又被列为“危险物品”。该元素基本理化性质由图5所示。

碲的基本物理化学性质.png

碲的应用

碲的应用在时间跨度上也“历久弥坚”,在各个时代的应用领域也“大相径庭”。主要应用在冶金、化学工业和催化剂、光伏太阳能板、电子和其他方面。

碲在世界范围内的应用.png

1.在工业时代,碲作为生产橡胶的硫化剂被广泛运用,碲粉可以保持橡胶力学性质的同时防止橡胶老化,提高使用寿命。此外,碲也可提升碳钢的成品率和机械性能,被碲处理过的钢铁被广泛运用于各类机械设备、矿山及铁路中。

2.在信息时代,碲在热半导体与存储设备的应用中大放异彩,不仅可用于制作光盘、雷达、电子冰箱等军用、民用设备,还可作为良好的动力源,为航天航空事业及导弹工程出一份力。

3.在新能源时代,含碲的电池薄膜与太阳光谱非常匹配,适合光电能量转换。业界广泛认为碲会成为燃油时代向太阳能时代迈进过渡时期的“关键先生”。

相比国外的使用情况,近年来,我国碲的主要消费方向是未来的“朝阳行业”——光伏电池及热半导体。新兴科技在碲应用消费中的巨额占比也说明了碲在我国未来新能源时代的重要地位与研究价值。

碲的来源

作为稀散元素之一,地球96%的碲(Te)存在于地核中,碲在地壳中的平均丰度很低,比黄金还低若干倍,仅有5ppb(Wedepohl, 1995)。在自然界中,碲可呈现-2、-1、0、+2、+4和+6六个价态。由于同主族元素的“亲缘关系”,碲可以分别表现出亲硫性和亲氧性。碲主要来源于地幔,也可以在有机质中“聚集”,灰岩、页岩及浮游沉积物等均为碲的重要储库。碲在不同岩石(地质体)的含量不尽相同。

碲的资源格局

根据美国地质调查局统计(USGS, 2022),世界上碲总储量约为3.1万吨,其中我国约占61.29%,居世界。此外,2017年有报道在加纳利群岛海岸500 km处的海底山脉中发现储量丰富的海底碲矿,预计达2670 吨碲,占目前世界总储量的5%(British scientists, 2017)。

世界碲资源储量占比.png

世界碲资源储量占比

碲的前景

我国是世界上的碲资源国,随着科学技术进步和市场供需形势的变化,我国资源形势并不乐观,近年来我国碲的需求量以约80%的年增长率高速攀升,据此预测,到2023年碲将出现供不应求的状况。因此,为了实现其可持续发展,必须重视碲资源的开发、保护和前景应用。除了加强碲资源的市场监管外,也要顺势而为,用科技的进步提高碲资源的保护及利用水平。碲在高新技术产业中的表现“未来可期”,因此,提高对碲资源未来科技研究的重视程度也是其前景中的重要一环。

要加强高端产品的研发力度,提高资源利用效率,避免宝贵资源的浪费,也是保障碲资源、产业关键的一环。

1.太阳能光伏薄膜电池

碲化镉由于其优越的转化能力成为了太阳能电池的主要材料。近些年,发达国家也将其列入重点发展项目。作为新一代的绿色材料,被称为“挂在设备上的油田”。

2.疾病治疗

碲及其化合物在对于特殊疾病的治疗上虽然刚刚研究不久,但成果却备受瞩目。目前,白血病及少部分肿瘤依然是世界科学界尚未攻克的难关,但碲在临床初步治疗中的初效则让我们未来对其在医疗事业中发光发热充满了信心。

3.存储设备的应用

碲及其化合物可以使硬盘读条速度快上千倍,面对“日益繁杂”的电子信息量,碲化物的存储设备研究是未来硬件升级的大方向。

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