Indium

Indium wird durch den lang anhaltenden (bis zu Tausenden von Jahren) s-Prozess (langsamer Neutroneneinfang) in Sternen mit niedriger bis mittlerer Masse (Massenbereich zwischen 0,6 und 10 Sonnenmassen) erzeugt. Wenn ein Silber-109-Atom ein Neutron einfängt, wird es in Silber-110 umgewandelt, das dann einen Betazerfall durchmacht und zu Cadmium-110 wird. Nach dem weiteren Einfangen von Neutronen wird es zu Cadmium-115, das durch einen weiteren Betazerfall zu Indium-115 wird. Dies erklärt, warum das radioaktive Isotop häufiger vorkommt als das stabile. Das stabile Indiumisotop, Indium-113, ist eines der p-Kerne, deren Ursprünge nicht vollständig verstanden sind; obwohl bekannt ist, dass Indium-113 direkt in den s- und r-Prozessen (schneller Neutroneneinfang) hergestellt wird und auch als Tochter des sehr langlebigen Cadmium-113, das eine Halbwertszeit von etwa acht Billiarden Jahren hat, kann dies nicht das gesamte Indium-113 erklären. Indium ist das 68. häufigste Element in der Erdkruste mit etwa 50 ppb. Dies ist ähnlich der Krustenhäufigkeit von Silber, Bismut und Quecksilber. Es bildet sehr selten eigene Mineralien oder kommt in elementarer Form vor. Weniger als 10 Indiumminerale wie Roquesit (CuInS2) sind bekannt und keines tritt in ausreichenden Konzentrationen zur wirtschaftlichen Gewinnung auf. Stattdessen ist Indium normalerweise ein Spurenelement in häufigeren Erzmineralien wie Sphalerit und Chalkopyrit. Aus diesen kann es als Nebenprodukt während des Schmelzens extrahiert werden. Obwohl die Anreicherung von Indium in diesen Lagerstätten im Vergleich zu seiner Krustenhäufigkeit hoch ist, ist sie bei den aktuellen Preisen unzureichend, um eine Gewinnung von Indium als Hauptprodukt zu unterstützen. Es gibt verschiedene Schätzungen über die Mengen von Indium, die in den Erzen anderer Metalle enthalten sind. Diese Mengen sind jedoch ohne den Abbau der Wirtsmaterialien nicht extrahierbar (siehe Produktion und Verfügbarkeit). Daher wird die Verfügbarkeit von Indium grundlegend durch die Rate bestimmt, mit der diese Erze abgebaut werden, und nicht durch ihre absolute Menge. Dies ist ein Aspekt, der in der aktuellen Diskussion oft vergessen wird, z. B. von der Graedel-Gruppe an der Yale University in ihren Kritikalitätseinschätzungen, die die paradoxerweise niedrigen Verknappungszeiten erklären, die einige Studien angeben.

1924 wurde festgestellt, dass Indium eine wertvolle Eigenschaft zur Stabilisierung von Nichteisenmetallen besitzt, und dies war die erste bedeutende Verwendung des Elements. Die erste groß angelegte Anwendung für Indium war das Beschichten von Lagern in Hochleistungsflugzeugmotoren während des Zweiten Weltkriegs, um vor Schäden und Korrosion zu schützen; dies ist heute jedoch keine Hauptanwendung mehr. Neue Anwendungen wurden in schmelzbaren Legierungen, Loten und der Elektronik gefunden. In den 1950er Jahren wurden winzige Kugeln aus Indium für die Emitter und Kollektoren von PNP-Legierungsübergangstransistoren verwendet. In den mittleren und späten 1980er Jahren weckten die Entwicklung von Indiumphosphid-Halbleitern und Indiumzinnoxid-Dünnschichten für Flüssigkristallanzeigen (LCDs) großes Interesse. Bis 1992 wurde die Dünnschichtanwendung zur größten Endnutzung. Indium(III)-oxid und Indium-Zinn-Oxid (ITO) werden als transparente leitfähige Beschichtung auf Glassubstraten in Elektrolumineszenzplatten verwendet. Indiumzinnoxid wird als Lichtfilter in Niederdruck-Natriumdampflampen verwendet. Die Infrarotstrahlung wird in die Lampe zurückreflektiert, was die Temperatur innerhalb der Röhre erhöht und die Leistung der Lampe verbessert. Indium hat viele anwendungsspezifische Halbleiteranwendungen. Einige Indiumverbindungen, wie Indiumantimonid und Indiumphosphid, sind Halbleiter mit nützlichen Eigenschaften: Ein Vorläufer ist normalerweise Trimethylindium (TMI), das auch als Halbleiterdotiermittel in II-VI-Verbindungshalbleitern verwendet wird. InAs und InSb werden für Tieftemperaturtransistoren und InP für Hochtemperaturtransistoren verwendet. Die Verbindungshalbleiter InGaN und InGaP werden in Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden verwendet. Indium wird in der Photovoltaik als Halbleiter Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS), auch CIGS-Solarzellen genannt, eine Art Dünnschicht-Solarzelle der zweiten Generation, eingesetzt. Indium wird in PNP-Bipolarübergangstransistoren mit Germanium verwendet: Wenn bei niedriger Temperatur verlötet, belastet Indium das Germanium nicht. Indiumdraht wird als Vakuumdichtung und Wärmeleiter in Kryotechnik- und Hochvakuumanwendungen verwendet, in solchen Fertigungsanwendungen wie Dichtungen, die sich zur Füllung von Lücken verformen. Indium ist eine Zutat in der Gallium-Indium-Zinn-Legierung Galinstan, die bei Raumtemperatur flüssig ist und in einigen Thermometern Quecksilber ersetzt. Andere Legierungen aus Indium mit Bismut, Cadmium, Blei und Zinn, die höhere, aber immer noch niedrige Schmelzpunkte (zwischen 50 und 100 °C) haben, werden in Feuerlöschsystemen und Wärmereglern verwendet. Indium ist einer von vielen Ersatzstoffen für Quecksilber in Alkalibatterien, um zu verhindern, dass das Zink korrodiert und Wasserstoffgas freisetzt. Indium wird einigen Dentalamalgamlegierungen hinzugefügt, um die Oberflächenspannung des Quecksilbers zu verringern und eine leichtere Amalgamierung zu ermöglichen. Indiums hoher Neutroneneinfangquerschnitt für thermische Neutronen macht es geeignet für die Verwendung in Steuerstäben für Kernreaktoren, typischerweise in einer Legierung von 80% Silber, 15% Indium und 5% Cadmium. In der Nukleartechnik werden die (n,n')-Reaktionen von In und In verwendet, um die Größenordnung von Neutronenflüssen zu bestimmen. 2009 entdeckten Professor Mas Subramanian und Kollegen von der Oregon State University, dass Indium mit Yttrium und Mangan kombiniert werden kann, um ein intensiv blaues, ungiftiges, inertes und lichtbeständiges Pigment zu bilden, YInMn blau, das erste neue blaue Pigment, das in 200 Jahren entdeckt wurde.