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一朝成名的镓元素,到底有多重要美国推动镓

发布时间:2024/1/20 19:27:59   

中国宣布对镓和锗实施出口管制,在世界半导体市场引起了一场波动。虽然韩国、日本、中国台湾等地区都宣称暂时不会受到影响,但两种金属的价格却还是受到了影响。镓的价格上升很多,锗的价格波动却不太大,这是为什么呢?

关于镓和锗的用途,大家已经通过各种渠道了解很多了,镓主要应用于半导体芯片、太阳能电池板、电视、手机屏幕等领域,而锗主要应用于光纤、夜视镜、太空探测等领域。总体来说镓属于军民两用,民用为主,而锗是军用为主,所以虽然它们两个都算战略资源,但锗的排名更靠前。

既然从战略资源的角度来考虑,锗的重要性更强一些,那世界上主要国家一定会更重视锗的储备。在储备充足的前提下,短期内不会因为断供而受到影响。但是美国的一份声明却让两种资源得到了区别对待,美国现在锗资源战略储备充足,但是镓资源却没有战略储备。这样一个声明,让镓的身价迅速提高。短短几天的时间,镓的价格就提高了27%左右。相对来说,锗的价格上升幅度却只有2%左右。

从半导体巨头们的声明中看出,虽然短期内镓的供应不会受到影响,但长期影响还是不容小觑的。之所以短期内不受影响,主要是三个原因,一个是韩国、日本等地都有一定的储备量,能够应对短期内的短缺;第二个原因是中国虽然是镓和锗的主要供应国,但不是直接供应半导体工业,中国生产的都是初级原材料不能直接应用于半导体,需要经过精炼以后才能供应半导体,而精炼企业都在美国、日本和欧洲,那些企业本身也会有一定的原材料储备;第三个原因是镓的需求量实在是不高,全世界每年产量只有几百吨,需求量也不足千吨,只要前期有一定的储备意识,还是很容易满足一段时间使用的,并不会像大宗商品那样迅速库存见底。

但是,短期内影响不大,并不代表长期没有影响。首先,镓元素及其化合物作为新型高端材料,应用范围越来越广,应用量越来越大,以前全球每年只需要几百吨,但以后很可能会成倍增加,关于这一点一会儿咱们分析应用的时候再细说。其次,美国没有战略储备镓,其他国家虽然有一定储备,但储备量都不会太大,一旦储备量低于某一个警戒值的时候,很多行业就无法按需分配镓资源了,生产就会受到影响。此外,除中国外,世界其他国家和地区很难在短时间内组织起有效的产能替代来,因为中国在生产镓方面有得天独厚的优势,其他地区难以有效替代。

可能很多人很难理解,为啥发达国家都难以生产的镓,只有中国能批量生产呢?中国技术已经领先这么多了吗?其实并不是因为中国技术领先很多,而是因为在镓生产领域,中国的成本优势是别国无法比拟的。

镓是一种稀有而且分散的元素。黄金也稀有,而且比镓还要稀有很多,但金不是分散元素,它比较容易聚集起来形成独立的矿物,很多金矿中有肉眼可见的金疙瘩。但是镓不一样,镓几乎就不能形成独立的矿物,绝大多数时候都是跟铝在一起,而铝又是遍地都是的元素,镓也就同样遍地都是了。但是铝的储量很高,即使遍地都是,也很容易形成独立矿物,镓就比较悲催了,由于自己少,又很分散,几乎就不太可能聚集起来形成独立的矿物。它只能是跟铝矿待在一起。

由于镓稀有且分散,几乎没有独立的矿物,任何公司如果想专门开采镓矿的话,那肯定是赔钱的。现在的镓多数都是开采铝矿提取铝的副产物,中国是全球提炼铝最多的国家,自然也是提炼镓最多的国家。这里必须强调一点,就算是铝矿里面,镓的含量也是不高的,如果不是特别提炼,镓往往都会随着铝矿开采而浪费掉。早期多数提炼铝的企业,都不会考虑把镓给提炼出来,只有一些专门掌握了相关提炼技术的公司才会去提炼。至于国外,要想迅速弥补镓的产能,就需要提高铝的产能,同时还需要掌握相关提炼技术,这需要不小的投入,不是短时间就可以见效的。

值得一提的是,通过近些年的研究发现,煤矿里面往往都含有含量不低的镓元素。把煤烧完以后,煤渣里面的镓元素含量还会进一步提高,如果能在废弃的煤渣里面提炼镓元素的话,也算是变废为宝了。中国是世界上煤储量最高的国家,同时也已经掌握了煤渣里面提取镓的技术,将来镓的产量还会进一步提高。但这只是我们能看到的趋势,并不是当前的现状,也没有很多人说得那样轻松。

中国在煤渣里提炼镓的工艺年才开始投入生产,并不是镓提取的主要技术,而且成本也并不一定比传统镓的提取更低,只是从环保的角度和提高资源利用率的角度来理解更有意义而已。目前主流的镓还是来自于铝矿,并不是来自煤矿,未来通过对煤渣的综合利用镓的产量还是可以进一步提高的。相对来说,发达国家对煤的需求量不高,想通过煤渣来解决镓短缺的问题恐怕难度很大。

那镓究竟有哪些重要用途呢?我们重点介绍几个典型用途。

大家都在讨论镓在半导体中的应用,不太了解的朋友可能以为所有芯片里面都需要很多镓,其实不是这样的。镓并不是直接用在传统芯片上的,而是主要应用在第三代半导体领域。砷化镓、氮化镓、氧化镓都是第三代半导体的主要原料。其中砷化镓应用比较早,应用范围也比较广,氮化镓在快充电源领域正在越来越多,而氧化镓是潜力比较大的下一个半导体材料。

第三代半导体主要特点是宽禁带,能够耐受更高的电压,也能实现可见光发光甚至紫外光发光的功能。所以第三代半导体主要应用于电源、通讯、雷达和发光二极管等领域。

镓的最大应用市场,还是发光领域。比如现在普及度越来越高的LED灯,其灯珠很多都是用含镓的半导体材料来制作的。更高端的应用还是电视和手机,不管是电视还是手机,都需要有显示屏幕,显示屏幕往往都需要发光单元,背后的发光单元很多都是用含镓的半导体材料制作的光源。随着LED灯的普及度越来越高,全球对镓的需求量只会越来越高,未来几年需求翻倍一点都不夸张。

镓的第二个应用市场,就是功率半导体领域,通俗点说就是电源领域。我们用手机的朋友都知道,手机需要充电器,功率越高的充电器就越笨重。但是近几年突然涌现出了一批氮化镓电源,在保证快充功率的同时,可以明显降低充电器的体积,这就是第三代半导体电源的魅力。这种电源目前还是处于起步阶段,下一步还会在新能源汽车领域大规模应用。一旦三代半导体电源普及开来,对镓需求量的影响,恐怕将不亚于发光领域。

镓的第三个重要应用领域就是太阳能电池板。今天,太阳能电池板的普及度已经越来越高了,很多家庭都用上了这种电池板,对于一些旅游博主来说,太阳能电池板简直成了必备神器。但是,传统的太阳能电池板发电效率能达到20%就已经很不错了,甚至已经接近极限。但是砷化镓制造的太阳能电池板可以大幅度提高发电效率。

据测算,多结砷化镓太阳能电池板,理论上可以达到50%的发电效率,这是非常诱人的一个指标。虽然目前还没有实现50%这样的高效率,但用砷化镓制造的电池板发电效率也已经超过传统电池板了。比如中国空间站用的砷化镓太阳能电池板发电效率已经可以达到30%左右了。这种太阳能电池板,不仅发电效率高,而且是柔性可折叠的,应用前景非常广泛。

虽然眼下砷化镓太阳能电池板还很昂贵,主要在航天领域应用,但未来很有可能大规模走向民用,前提是镓的供应量足够。

镓在军事领域的应用也是基于以上几点,在发光领域、雷达领域、先进机械电源等领域都有广泛应用。可以看出来,镓还是非常重要的战略资源的。

当然镓并不仅仅只有这些用途,传统应用领域还有高端工业温度计、液体合金材料等。当前正在大力开发液态金属镓的各种用途,可以说也能带给业界巨大的惊喜,这个暂时先不说了,有机会再介绍。此外,镓在医疗领域也有非常重要的用途,可以说为提高医疗水平贡献着自己的一份力量。

关于镓,大家还有什么要说的,请在评论区讨论一下。



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