이 중요 한 희귀 지구 는 대체 할 수 없는 이유

영국에 본사를 둔 조사 회사인 Argus Media의 최근 데이터에 따르면, 유럽 시장의 희토류 이트륨 가격은 2026년 2월 26일 킬로그램당 약 6퍼킬로그램에서 2025년 초반에서 6퍼킬로그램에서 2025년 초반에서 850으로 급등했습니다. 이는 2012년 비교 가능한 데이터가 제공된 이후 가장 높은 수준입니다.

이트륨 기반 원자재를 사용하는 일본 업체는 "이 소재를 대체 소재로 대체하는 것이 매우 어렵고 현재까지 뚜렷한 조달 물량 감소 사례가 없다"고 밝혔다. 다른 데이터에 따르면 미국으로 수입되는 이트륨 함유 물질 또는 이트륨 산화물 제품의 약 65%가 일본에서 생산되는 것으로 나타났습니다.

금속 이트륨은 불화 이트륨을 금속 칼슘으로 환원시켜 주로 생성되는 화학적 반응성 은백색 금속입니다. 공기 중에서 산화되어 금속 광택을 잃는 경향이 있습니다. 환경 조건에서 금속 이트륨은 일반적으로 Y2O₃, YCl₃, YH₃, Y(OH)₃ 및 금속간 화합물과 같은 형태로 존재합니다.

희토류 원소 중에서 이트륨은 광범위한 응용 분야에서 두드러집니다. 발광다이오드(LED)와 의료용 레이저 장비, 반도체 제조장비 부품 코팅재, 항공기 엔진의 내열성을 높이는 소재로 방산 분야에 활용될 수 있다.

이트륨은 주로 중국, 인도, 미국, 브라질 및 호주에 배포됩니다. 중국은 약 220,000톤의 산업용 산화 이트륨 매장량을 보유하고 있으며, 이는 세계 전체 매장량의 약 43%를 차지하며, 이는 전 세계적으로 가장 큰 매장량입니다. 중국 내에서 장시성(Jiangxi Province)은 이트륨 이온 흡착량이 높은 희토류 매장지로 인해 이트륨 산화물 매장량에서 1위를 차지하고 있습니다.

현재 희토류 이트륨은 이트륨알루미늄가넷(Y₃Al₅O₁₂, YAG), 이트륨오르토바나데이트(YVO₄) 단결정, 이트륨실리케이트(YSiO) 결정 등 결정재료에 가장 널리 사용되고 있다. 이 중 YAG(고경도, 고융점, 안정적인 물리적, 화학적 특성을 지닌 합성 무색 투명한 결정)는 가장 널리 사용되는 레이저 결정 재료 중 하나가 되었습니다. 연구자들은 일반적으로 YAG에 Nd, Yb, Ce 등 희토류 원소를 도핑하여 네오디뮴 도핑 YAG, 세륨 도핑 YAG 등의 제품을 얻음으로써 응용 범위를 확대합니다.

레이저 결정 소재 외에도 희토류 이트륨의 주요 용도는 발광 소재, 특히 인광체에 남아 있습니다. 이트륨 기반 형광체는 강력한 광흡수 능력과 높은 변환 효율을 나타내어 컴퓨터 모니터, 평판 디스플레이, 3밴드 형광등, LED, X선 강화 스크린 등에 적합합니다. 현재 주류 제품으로는 조명용 삼색 형광체, 장지속성 형광체, 정보 디스플레이용 형광체 등이 있다.

Y2O₃는 높은 융점과 열적 안정성으로 인해 플라즈마 에칭 환경에서 장기간 우수한 보호 성능을 유지할 수 있어 가장 널리 사용되는 플라즈마 에칭 보호 소재 중 하나입니다. Y2O₃의 가장 큰 장점은 불소 기반 플라즈마에서 반응 속도가 느리다는 것입니다. 이는 코팅 표면 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 이는 특히 8인치 이상의 대형 에칭 장비에 사용하기에 유망한 특성입니다. 또한 이트륨산화물은 가시광선 영역의 투명한 세라믹 소재로 빛 투과율이 높아 플라즈마 에칭 장비의 창유리로 사용하기에 적합하다.

YAG는 우수한 화학적 안정성과 광학적 성능을 제공할 뿐만 아니라 Y2O₃에 비해 기계적 강도가 높고 가공성이 용이합니다. YAG의 플라즈마 에칭 저항성은 Y2O₃에 비해 약간 낮지만 에칭 챔버 장비의 관찰창 재료로 사용될 수 있습니다.

YF₃는 F 기반 플라즈마 에칭 중에 보호층 역할을 하여 재료의 추가 불소화를 억제할 수 있으며 Y2O₃의 잠재적인 대안으로 간주됩니다. 바이어스 전압이 인가되지 않으면 코팅 재료와 탄화불소 플라즈마 사이의 화학 반응이 지배적으로 일어나 Y2O₃ 코팅 표면에 미세한 불소 입자가 형성됩니다. 대조적으로, YF₃ 코팅은 표면 무결성과 청결성을 유지합니다.

YOF는 높은 열적, 화학적 안정성을 나타내며 고온 및 강한 산/알칼리성 환경에서도 분해에 대한 저항성을 유지합니다. 이는 매우 유망한 내플라즈마 코팅 재료로 간주됩니다. 더욱이 YOF의 열팽창 계수는 알루미늄의 열팽창 계수와 거의 일치합니다. 열 분사를 통해 준비된 YOF 코팅은 균열이 거의 없으며 결정성이 높고 조밀한 구조를 형성합니다.

이트륨 산화물은 생물 의학 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 이트륨 산화물 나노입자는 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 보호 물질로 효과적인 것으로 입증되었으며 항균 및 항암 치료, 간 보호, 약물 전달, 바이오 센서, 바이오 이미징, 형광 이미징 및 기타 의료 분야에 광범위하게 적용됩니다.

또한 ⁹⁰Y 미세구는 혈류와 함께 간 종양으로 이동하여 베타선 방출을 통해 간 종양을 효율적으로 파괴할 수 있습니다. 높은 방사선 에너지와 정밀한 치료 능력으로 종양 내부에서 정확한 공격이 가능합니다.

항공우주 산업에는 고성능 경량 소재가 필요합니다. 실리콘 카바이드, 탄소 섬유 강화 탄소 및 실리콘 카바이드 복합재는 이러한 요구 사항을 충족하지만 고온 작동 조건에서 산화됩니다. 한 가지 해결책은 기판에 세라믹 보호 코팅을 적용하는 것입니다. 연구자들은 고주파 마그네트론 반응성 스퍼터링을 사용하여 Al2O₃-Y2O₃ 코팅을 Al-Y 코팅 표면에 증착하고 다양한 온도와 기간에서 Al2O₃-Y2O₃/Al-Y 복합 코팅의 산화 거동을 연구했습니다. 결과는 이러한 코팅이 탁월한 열충격 저항성을 나타냄을 보여주었습니다.

최근 몇 년 동안 희토류 이트륨은 야금 분야에서 철강 및 비철 합금의 첨가제로 널리 사용되었습니다. 미량의 이트륨은 함유물 함량, 크기 및 형태를 효과적으로 수정할 수 있습니다. 생성된 희토류 상은 결정립 구조를 개선하고 원소 분리를 억제하며 미세 구조 균일성을 개선하고 합금 산화막의 밀도를 향상시킵니다. 이러한 효과는 기계적 특성, 자기 특성, 내식성, 전기 전도도 등 다양한 합금의 다양한 물리적, 화학적 특성을 크게 향상시켜 항공우주, 방위 및 기타 분야의 신소재에 대한 성능 요구 사항을 충족시킵니다.

희토류 이트륨 기반 초전도체는 점차 고온 초전도체의 중요한 구성 요소가 되어 광범위한 연구 관심을 끌고 있습니다. YBCO는 수년간의 개발 끝에 핵심 초전도 소재로 자리잡았지만 제조 기술은 아직 상대적으로 미숙하고 상용화를 위해서는 공정 안정성과 성능의 추가 개선이 필요하다. 희토류 초수소화물은 고압 하에서 실온에 가까운 초전도성을 나타내어 고압 초전도 연구의 새로운 시대를 열었습니다. 풍부한 화학양론과 우수한 초전도 특성을 지닌 이트륨 초수소화물은 초전도 연구 커뮤니티에서 상당한 관심을 불러일으켰습니다.

고체산화물 연료전지에서 이트륨은 Ni-(Zr,Y)O2-X와 같은 다공성 음극재에 흔히 사용되며, 60%가 넘는 전력 변환 효율을 달성합니다.

Y2O₃ 나노분말은 적층 세라믹 커패시터에 사용될 수 있습니다. Y2O₃가 첨가된 BaTiO₃ 기반 유전체는 두께가 2μm 이하인 니켈 전극 적층 세라믹 커패시터에 적합합니다.

Y2O₃ 나노입자가 도핑된 CeO2-ZrO2의 3원 고용체는 배기 촉매(예: 삼원 촉매)에서 산소 저장 촉매로서 탁월한 성능을 나타냅니다.

• Zhang Chiet al. 희토류 이트륨의 개발 및 응용, 심양 기술대학교 재료공학부, 재료 보고서
• 웬 야오루. 희토류 이트륨 졸 및 산화물 분말의 제조 및 특성화, 장시 과학기술대학교, 석사 논문
• 류즈리. 이트륨 산화물 나노분말의 제어 가능한 준비 및 특성 분석, Shanghai Polytechnic University, 석사 논문
• 중국 분말 네트워크 (Ping An 편집)