Indium(In), 49-인듐

 

원자번호 49번의 원소인 인듐은 지각에서의 존재비가 대략 61번째인 비교적 희귀한 금속이다. 현대 전자 산업에서 아주 요긴에게 사용되는 금속으로, TV, 컴퓨터 모니터, 휴대폰 등의 액정 화면(LCD 패널)을 비롯한 여러 평판 소자의 투명전극으로 널리 사용되는 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO)의 구성 성분이다. 인듐은 또한 화합물 반도체의 구성 성분이 되는 원소로, 박막 태양전지, 발광다이오드(LED)와 다이오드 레이저에도 중요하게 사용된다. 한편, 인듐은 다른 금속에 미량만 첨가해도 금속의 성질을 크게 바꿔 ‘금속 비타민’이라는 이름이 붙여질 정도로 합금 제조에도 중요하게 사용된다. 인듐은 1863년에 아연 광석을 녹인 용액의 불꽃 스펙트럼에서 밝은 청람색(인디고 블루, Indigo blue) 스펙트럼 선이 관찰됨으로써 그 존재가 처음 확인되었는데, 청람색을 뜻하는 라틴어 ‘indicum’을 따서 원소 이름이 지어졌다. 인듐은 아연 등 다른 금속 광석에 소량 포함되어 있으며, 주로 아연 제련의 부산물로 얻는다. 신규 생산량이 수요에 크게 미치지 못하기 때문에 사용된 인듐의 재활용이 적극적으로 이루어지고 있다. 인듐과 인듐 화합물의 물리·화학적 특성, 생산과 용도 등에 대해 알아보기로 하자. 원자번호 49번, 인듐 인듐(indium)은 원자번호 49번의 원소로, 원소기호는 In이다. 주기율표에서는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 탈륨(Tl)과 함께 13족(3A 족)에 속하는 붕소족 원소의 하나이다. 13족 원소 중에서 붕소를 제외한 나머지 원소들을 알루미늄족 원소라 부르기도 한다. 인듐은 밝은 광택이 나는 은백색의 금속으로, 전이후 금속(post-transition metal, 주기율표에서 전이금속의 오른쪽에 있는 금속 원소)에 속한다. 가장 무른 금속의 하나로, 녹는점(156.6oC)이 낮으며, 아주 낮은 온도에서도 무르고 전성과 가공성이 좋다. 구부리면 높은 음조의 소리가 난다. 갈륨과 마찬가지로, 액체 인듐은 유리 표면에 잘 퍼져 거울 같은 면을 만든다. 화학적으로는 갈륨과 탈륨의 중간 성질을 보인다. 화합물에서는 주로 +3과 +1의 산화 상태를 가지며, +3가 상태가 보다 안정하다. 물과 반응하지 않으며, 산에는 녹으나 알칼리와는 반응하지 않는다. 산소와는 실온에서는 반응하지 않으나 고온에서는 산화인듐(In2O3)을 만든다.

원자 번호 49번, 인듐.

인듐의 원소 정보.

인듐은 지각에서 약 0.2ppm(2x10-5%)의 비율로 존재하는 비교적 희귀한 원소로, 존재 비가 수은이나 은과 비슷하다. 아주 드물게 금속 상태의 알갱이로 발견되기도 하지만, 주로 화합물 상태로 존재한다. 인다이트(indite, FeIn2S4)와 잘인다이트(dzhalindite, In(OH)3) 등의 몇 가지 인듐 광물이 알려져 있으나, 이들도 아주 희귀하다. 인듐은 주로 아연(Zn), 철(Fe), 납(Pb), 구리(Cu)의 황화물 광석에 소량 들어있으며, 주로 섬아연석(ZnS)에서 아연을 제련할 때 부산물로 얻는다. 2011년의 경우, 전 세계적으로 640톤이 새로 생산되었고, 전체 소비량은 1,800톤으로 추정되는데, 전체 사용량의 약 2/3가 사용 후에 용도 폐기된 것에서 회수·재생한 것이다. 인듐은 TV나 컴퓨터 모니터에 있는 액정표시장치(LCD)의 투명 전극 재료로 주로 사용된다. 이때 산화인듐(In2O3)에 약간의 산화주석(SnO2)을 첨가하여 만든 투명하고 전기전도성이 우수한 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO) 박막을 사용하는데, 이는 보통 스퍼터링(sputtering)방법으로 유리판 위에 입혀진다. ITO 막이 입혀진 유리는 적외선(열)을 반사하는 유리로 사용되기도 한다. 인듐은 또한 셀렌화구리인듐갈륨(copper indium gallium selenide, CIGS)의 합성에도 사용되는데, CIGS 박막 태양전지는 지금까지 알려진 박막 태양전지 중 가장 효율이 좋은 것 중 하나다. 인듐은 또한 발광 다이오드(LED), 다이오드 레이저, 트랜지스터 등에 사용되는 III-V족 화합물 반도체의 구성 성분으로 사용된다. 이 외에도 녹는점이 낮은 저융점 합금을 만들어 땜납, 열 조절기, 화재 발생시의 자동 살수장치 등에 사용되고 있으며, 다른 금속들에 소량 첨가해서 이들 금속의 성질을 크게 향상시키는 ‘금속 비타민’으로도 이용된다. 인공 방사성 동위원소 111In은 핵의학에서 방사성 추적자로 요긴하게 사용된다. 인듐의 생물학적 역할은 알려진 것이 없으며, 금속 인듐은 대체로 독성이 없는 것으로 여겨진다. 인듐 화합물을 주사하면 신장(콩팥)에 독성을 나타낼 수 있으나, 입으로 들어간 것은 흡수율이 낮아 거의 독성을 나타내지 않는다.

인듐의 역사와 명명 인듐은 1863년에 독일 화학자 라이히(Ferdinard Reich, 1799~1882)와 리히터(Hieronymous Theodor Richter, 1824~1898)가 분광기를 사용하여 처음 발견하였다. 분광기는 프리즘을 이용해 빛을 파장 별로 분산시켜는 장치인데, 프라운호퍼(Joseph von Fraunhofer, 1787~1826)가 1814년에 처음 발명하였으며, 독일 화학자 분젠(Robert Bunsen, 1811~1899)과 키르히호프(Gustav Kirchhoff, 1824~1887)는 이를 개량하여 자신들이 만든 분광기를 이용하여 1860년에는 광천수에서 푸른색(라틴어로 caesius) 스펙트럼 선을 내는 세슘(Cs)을, 그리고 1861년에는 인운모에서 붉은색(라틴어로 rubidus) 스펙트럼 선을 내는 루비듐(Rb)을 발견하였다. 그리고 영국의 크룩스(William Crookes, 1832~1919)는 1861년에 황산 제조 공장에서 나오는 찌꺼기에서 밝은 녹색(그리스어로 thallos) 스펙트럼 선을 내는 탈륨(Tl)을 발견하였다. 라이히와 리히터는 탈륨이 아연 광석에도 들어있을 것으로 짐작하고 아연 광석을 처리한 용액의 불꽃 반응을 조사하였는데, 탈륨의 녹색 스펙트럼 선은 발견하지 못하고 대신에 밝은 청남색(indigo blue) 스펙트럼 선을 내는 새로운 원소를 발견하였다. 이들은 새로운 원소 이름을 청람색을 뜻하는 라틴어 ‘indicum’을 따서 인듐(indium)이라 지었다. 이처럼 중요한 과학적 발견들 중에는 어떤 다른 것을 찾다가 ‘우연히’ 또는 ‘운 좋게’ 이루어진 경우가 많다. 이런 면에서 좋은 과학자의 한가지 덕목은 ‘우연’과 ‘행운’을 놓치지 않는 밝은 눈과 마음가짐이라 볼 수 있다. 그 후 1864년에 리히터는 원소 상태의 금속 인듐을 분리하였고, 1867년 파리 박람회에 0.5kg의 인듐 주괴를 출품하였다. 1924년에는 인듐이 비철 금속을 안정화시키는 성질을 가지고 있음이 발견되었고, 제2차 세계대전 때에는 항공기 엔진의 베어링에 코팅되어 윤활 역할을 하는데 사용되었다. 또 휴즈, 땜납 등 저 융점 금속으로 사용되었다. 1952년에는 인듐을 포함하는 화합물 반도체가 생산되기 시작하였으며, 1970년에는 인듐이 들어간 합금을 사용하는 원자로 조절 봉이 개발되어 널리 사용되게 되었다. 1990년대부터 액정표시장치가 많이 사용되기 시작하면서, 이의 투명 전극으로 산화인듐주석의 사용이 크게 늘어 이것이 인듐의 주된 용도가 되었다.

물리적 성질

인듐 바. <출처: (CC)Nerdtalker at Wikipedia.org>

인듐은 밝은 광택이 나는 은백색의 아주 무르고, 전성이 좋은 금속이다. 전기전도도는 가장 좋은 금속들인 금, 은, 구리, 알루미늄에 비하면 20~30% 수준으로 낮지만 다른 금속들에 비해서는 좋다. 녹는점은 156.5985oC이고, 끓는점은 2072oC이다. 가장 무른 금속의 하나로 아주 낮은 온도에서도 무르며, 가공성이 좋고, 다른 금속에 잘 부착된다. 순수한 인듐 막대나 판을 구부리면 높은 음조의 소리가 난다. 이런 현상은 주석(Sn)에서 처음 발견되었고, 이런 소리를 ‘주석 울림(tin cry)’이라 한다. 갈륨과 마찬가지로, 액체 인듐은 유리 표면에 잘 퍼져 거울 같은 면을 만든다. 결정은 정방정계(tetragonal)구조를 한다.

동위원소 자연 상태에서 인듐은 113In(4.3%)와 115In(95.7%)의 두 가지 동위원소가 있다. 115In는 반감기가 4.4x1014년인 방사성 동위원소로, β- 붕괴를 하고 주석(Sn)-115(115Sn)이 된다. 자연 상태에서 안정한 동위원소보다 방사성 동위원소의 비율이 큰 원소로는 인듐 외에 텔루륨(Te)과 레늄(Re)이 있다. 그러나 115In는 반감기가 우주 나이보다도 월등히 커서 아주 느리게 붕괴하므로 위험하지는 않다. 질량수가 97~135 사이에 있는 여러 인공 방사성 동위원소들이 알려져 있는데, 이 중에서 반감기가 긴 것들은 111In(반감기 2.805일)와 110In(반감기 4.9시간)이며, 나머지는 반감기가 1시간 미만이다. 수명이 긴 준안정한 핵 이성체들이 알려져 있는데, 이들은 114mIn(반감기 49.5일, 에너지 190.29keV), 115mIn(반감기 4.49시간, 에너지 336keV), 113mIn(반감기 1.66시간, 에너지 391.7keV)이다. 111In은 보통 사이클로트론(Cyclotron)에서 112Cd에 양성자를 충돌시켜 얻는데, 전자포획으로 111mCd 가 된다. 111mCd은 반감기가 48.5분으로 γ선을 방출하고 안정한 111Cd가 된다. 112Cd + 1p → 111In + 2 1n 111In + e- → 111mCd → 111Cd + γ-선 111In은 핵의학에서 방사선 영상(신티그램, scintigram)을 얻는데 사용된다. 예로, 111In가 표지된 옥트레오타이드(octreotide, 상품명: 산도스타틴, Sandostatin)는 일부 내분비 종양의 영상촬영에, 111In-DTPA(DTPA = 1,1,4,7,7-diethylenetriaminepentaacetic acid)는 뇌의 영상 촬영에 사용되며, 111In은 은폐된 감염을 찾아내는 백혈구 영상 촬영에도 사용된다.

인듐의 인공 방사성 동위원소 ¹¹¹In은 핵의학에서 내분비 종양의 영상촬영, 은폐된 감염을 찾아내는 백혈구의 영상촬영 등에 사용된다.
<출처: [General Thoracic Surgery]>

화학적 성질 인듐은 갈륨(Ga)과 탈륨(Tl)의 중간 성질을 보인다. 화합물에서는 주로 +3과 +1의 산화 상태를 가지나, +3가 상태가 보다 안정하다. +3가 상태의 인듐은 약한 산화력을 보이며, +1가 상태의 인듐은 강한 환원력을 갖는다. 산에는 녹으나, 알칼리 수용액과는 반응하지 않는다. 산소와는 실온에서는 반응하지 않으나 고온에서는 산화인듐(In2O3)을 만든다. 인듐은 또한 할로겐이나 옥살산 등 강한 산화제에 의해 인듐(III)으로 산화된다. 인듐 이온들의 몇 가지 표준 전극 전위는 다음과 같다. In3+ + e- = In2+ Eo = -0.49 V In3+ + 2 e- = In+ Eo = -0.443 V In3+ + 3 e- = In Eo = -0.338 V In+ + e- = In Eo = -0.14 V

인듐의 바닥상태 전자배치. <출처: (CC)Pumbaa at Wikipedia.org>

인듐의 생산 인듐 광석은 아주 희귀해서 인듐 생산에 쓰일 정도의 양이 되지 못한다. 인듐은 아연, 납, 주석, 철의 황화물 광석에서 이들 금속 이온 자리에 인듐 이온이 치환된 형태로 소량 들어있다. 특히 아연 광석에 주로 들어있는데, 여기 들어있는 인듐 함량이 1ppm~100ppm(0.01%) 정도이다. 따라서 인듐은 주로 아연 생산의 부산물로 얻는데, 아연 생산과정에서 발생하는 슬래그와 연진(煙塵)에서 인듐을 녹여낸 후 전기분해로 정제한다. 인듐의 대부분은 유리 등의 기질 위에 산화인듐주석(ITO)의 얇은 막을 입히는데 쓰인다. 이때 스퍼터링방법을 사용하는데, 이 방법에서는 타깃 재료의 약 30%만 기질 위에 코팅되고, 나머지 약 70%는 스퍼터링 용기 벽이나 타깃에 변질되어 남게 된다. 이들 사용되지 않은 ITO 타깃 재료는 회수되어 인듐 금속으로 재생된다. 미국지질조사국(USGS) 자료에 따르면, 1차 인듐(회수·재생한 것이 아니고 광석에서 직접 얻은 인듐)의 2011년 전세계 생산량은 640톤으로 추정되며, 중국(340톤), 한국(100톤), 일본(70톤), 캐나다(65톤)에서 주로 생산하였다. 전세계 연간 소요량은 1차 인듐과 2차(재생) 인듐을 합쳐 1800톤 이상으로 추정된다. 인듐이 액정 표시장치(LCD)의 투명 전극으로 주로 사용되므로, 이를 많이 생산하는 일본, 한국, 중국, 대만 등에서 주로 소비된다. 2011년의 인듐(99.99%, 괴) 1 kg 당 평균 가격은 미화 약 700$이었고, 2012년 7월 가격은 약 520$이다. 2005년에는 1000$ 이상을 하기도 하였다.

인듐의 용도 인듐은 주로 산화인듐주석(ITO) 박막을 만드는데 사용되는데, 이는 LCD와 여러 평판 소자에 투명 전기전도성 막으로 활용된다. 이외에도 인듐은 합금과 땜납, 전기 부품, 반도체, 화합물 제조 등 다양한 용도에 사용된다.

LCD 화면. 인듐은 TV나 컴퓨터의 액정 화면 유리의 투명 전극 재료로 주로 사용된다. <출처: (CC)che at Wikipedia.org>

산화인듐주석(ITO) 박막 인듐의 약 90%가 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO) 박막 제조에 사용되는데, ITO는 보통 90% 산화 인듐(III) (In2O3)과 10% 산화 주석(IV) (SnO2)으로 이루어진 고체 용액(2가지 이상의 물질이 균일하게 섞여있는 고체 상태의 물질)이다. ITO 박막은 투명하고 무색이며, 전기전도성이 좋다. 이런 특성 때문에 ITO를 코팅한 유리는 전기 신호를 빛 신호로 바꾸는 여러 패널에서 투명 전극으로 널리 사용되는데, 특히 1990년대 후반부터 보급된 평판 TV와 컴퓨터 화면의 액정표시기(LCD)에 주로 사용된다. ITO 박막은 또한 유기발광다이오드(OLED)와 태양전지에도 흔히 사용되고, 정전기 방지와 전자파 차단을 위한 코팅에도 이용된다. 전기화학에서는 산화-환원 종의 스펙트럼을 얻기 위한 전극으로도 이용된다. 한편, ITO 박막은 적외선(열)을 잘 반사하기 때문에 자동차 창 유리와 소듐(Na) 증기 램프 등에서 적외선을 반사시키는 코팅으로도 사용된다.

금속과 합금 인듐은 아주 순수한 상태로 얻어지기 때문에 인듐의 녹는점(156.5985oC)이 1990년의 국제온도체계(ITS-90)에서 표준점의 하나로 정해졌다. 인듐은 또한 녹음열(3.281kJ/mol)도 비교적 정확하게 측정되어 있어 시차주사열량측정법(differential scanning calorimetry, DSC)에서 온도 스케일과 열량의 보정 물질로 흔히 사용된다. 인듐은 아주 낮은 온도에서도 무르고 가공성이 좋으므로, 극저온 장치에 사용된다. 또한 다른 금속이나 유리에 잘 부착되므로, 실험실과 전자공업에서 금속들을 연결하는 전도성 접착제(땜납 대용)에 흔히 사용되며, 금 도선을 초전도체에 부착시키는 데도 인듐이 사용된다. 또한 인듐과 인듐 합금은 유리와 같은 비금속 물질의 봉착제로 사용되며, 저온 및 초고진공 장치에서 진공 밀폐제와 열 전도체로 사용된다. 이 외에도 항공기 일부 부품과 베어링에 코팅되어 이들이 쉽게 마모되는 것을 막고 공기 중의 산소와 반응하는 것을 막는데도 사용된다. 인듐을 금속이나 유리에 입혀 거울을 만들 수도 있는데, 인듐 거울은 은 거울과 성능은 비슷하면서 내부식성이 더 크다.

인듐 및 인듐 합금은 녹는점이 낮고 다른 금속에 잘 부착되므로 땜납으로 많이 사용된다. <출처: (CC)Dschwen at Wikipedia.org>

인듐은 여러 저융점 합금의 제조에 사용된다. 갈린스탄(Galinstan)은 68.5% 갈륨, 21.5% 인듐, 10% 주석으로 이루어진 합금인데, 녹는점이 -19oC로 낮아 의료용 온도계 등에 독성이 큰 수은(Hg)을 대체하여 사용되며, 컴퓨터 냉각제, 치아 보철 재료 등에서도 수은을 대체할 물질로 기대된다. 또 32.5% 비스무트, 51% 인듐, 16.5% 주석으로 이루어진 비스무트-인듐-주석의 공융 합금은 녹는점이 62oC로 낮고 유독한 납과 카드뮴이 들어있지 않아 우드합금(50% 비스무트, 26.7% 납, 13.3% 주석, 그리고 10% 카드뮴; 녹는점 70oC)의 대체품으로 요긴하게 사용된다. 인듐은 또한 땜납에 첨가되어 녹는점을 낮추거나, 강도를 증가시키거나, 쉽게 부서지는 것을 막는데도 사용된다. 인듐을 가끔 ‘금속 비타민’이라 부르는데, 이는 다른 금속이나 합금에 인듐을 소량 첨가하면 이들의 성질이 크게 변하기 때문이다. 예로, 금과 백금에 인듐을 소량 첨가하면 이들이 훨씬 단단하게 되는데, 이들 합금은 전자 장치와 치과 재료로 사용된다. 또 해수와 접촉하는 금속 구조물을 보호하기 위한 희생적 양극으로 사용되는 알루미늄의 부동태화(不動態化, passivation)를 방지하기 위해 아주 소량의 인듐이 첨가되기도 한다. 한편, 인듐은 열 중성자를 잘 포획하므로, 원자로 제어봉 합금제로 흔히 사용되는데, 웨스팅하우스 제어봉은 80% 은, 15% 인듐, 5% 카드뮴으로 이루어져 있다. 반도체 인듐은 p-형 반도체 첨가물(도판트, dopant)로 사용된다. 그리고 V족(15족) 원소인 질소(N), 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무트(Bi)와의 이성분 화합물인 III-V족 화합물 반도체를 만들어 광전자공학에 유용하게 사용된다. 예로, In1-xGaxN와 In1-xGaxP 등은 발광다이오드(LED)와 다이오드 레이저에 사용되며, InSb와 InAs는 적외선 검출기에 널리 사용된다. 특히 InP는 실리콘 반도체나 GaAs 반도체에 비해 전자의 이동 속도가 빨라 고출력, 고주파수 전자 제품에 사용되고, 레이저 다이오드로 특히 유용하며, 에피텍시(epitaxy) 방법으로 만드는 GaAs 광-전자 디바이스의 기판으로도 사용된다. 그러나 전반적으로는 인듐보다는 갈륨이 III-V족 화합물 반도체에 보다 많이 사용된다. 기타 인듐 화합물 반도체들의 이용은 다음의 화합물 항에서 소개된다. 인듐은 셀렌화구리인듐 갈륨(Copper Indium Gallium Selenide, CIGS) 합성에도 사용되는데, CIGS는 I-III-VI2 형태의 반도체 물질로 화학식은 CuInxGa1-xSe2이다. 띠 간격은 x에 따라 달라지는데, x=1일 때는 1.0 eV, x=0일 때는 1.7eV이다. 박막 태양 전지에서 빛을 흡수하는 물질로 사용되는데, 빛 에너지 전환 효율이 약 20% (태양 전지 모듈 효율은 약 14%)로 현재 사용되는 박막 태양 전지 중에서 가장 높은 것 중 하나다. 독일에서 CIGS를 이용한 연 35 MW 용량의 태양전지 모듈이 상업적으로 생산되기 시작하였다.

인듐이 들어있는 셀렌화구리인듐갈륨은 태양전지의 제작에 쓰이는데, 이는 지금까지 만들어진 태양전지 중 가장 효율이 높은 것 중 하나다. <출처: (CC)Kuebi at Wikipedia.org>

인듐 화합물 중요한 인듐 화합물로는 ITO에 사용되는 산화인듐(III) (In2O3), 다양한 III-V족 반도체 인듐 화합물, 그리고 화합물 반도체의 전구 물질 등이 있다. 산화인듐(III)(In2O3)은 금속 인듐과 산소를 높은 온도에서 반응시키면 만들어진다. 산화인듐 막은 아르곤/산소 기류 하에서 인듐 타깃의 스퍼터링으로도 만들 수 있으며, 태양전지용 산화인듐 박막은 염화인듐(InCl3) 용액에서 실리콘 기판 위에 입힐 수도 있다. In2O3는 양쪽성 물질로 산과 알칼리 모두와 반응할 수 있으며, 물에는 녹지 않는다. 황록색 고체로 녹는점은 1910oC이며, n-형 반도체 물질로 사용될 수 있다. 또한 알칼리 전지에서 아연의 부식과 수소 기체 방출을 방지하는데 수은 대신 사용되며, 산화인듐 나노 선은 산화-환원 단백질 센서로 사용될 수 있다. 한편, 산화인듐에 아연을 첨가하거나 산화주석(SnO2)과 섞으면 전도성이 크게 향상된다. 산화인듐주석(ITO)은 투명 전도막으로 아주 널리 사용되는데, 보통 90% In2O3와 10% SnO2로 구성되어 있다. 인듐(III)의 강산(황산, 염산, 질산) 염들은 물에 잘 녹는데, In3+는 무색이고, 수용액에서 가수분해된다. 염화인듐(InCl3)은 일반적으로 인듐을 염소(Cl2)와 반응시켜 얻는데, 여러 유기화학 반응에서 촉매로 작용한다. 예로, 프리델-크래프츠 아실화반응(Friedel-Crafts acylation, 방향족 화합물을 염화아실과 반응시켜 방향족 고리에 아실기를 도입하는 반응)과 딜스-알더 반응(Diels-Alder reaction) 등에서 루이스산 촉매로 작용한다. 인듐은 15족(V족) 원소들과 이성분 화합물들을 만드는데, 이들은 III-V족 화합물 반도체들이다. 이들은 구성 성분인 두 가지 원소들 사이의 직접 반응으로 만들거나, 각 성분 원소로 이루어진 화합물들 사이의 반응으로 얻는다. 안티모니화인듐(InSb)은 띠 간격이 좁은(300K에서 0.17 eV, 80K에서 0.23 eV) 반도체로, 1~5μm 파장의 전자파에 민감하여 적외선 검출기, 열 영상 카메라, 적외선 미사일 유도 장치, 적외선 천문 기기 등에 사용된다. 비소화인듐(InAs)은 1~3.8μm 파장의 적외선 검출기와 다이오드 레이저에 사용되며, 흔히 인화인듐(InP)과 함께 사용된다. InAs와 GaAs의 합금인 In1-xGaxAs는 반도체 산업에서 고출력, 고주파수 전자공학에 사용된다. 질화인듐(InN)은 띠 간격이 대략 0.7 eV이며, InN과 GaN과의 합금인 In1-xGaxN은 x에 따라 띠 간격이 적외선(0.65 eV)에서 자외선(3.4 eV)까지 넓게 분포되는데, 이들은 태양전지와 반도체 고속 전자공학에 유용하게 이용될 것이 기대된다.

독성과 주의 사항 순수한 인듐 금속은 독성이 없는 것으로 알려져 있으며, 카드뮴과는 달리, 체내에 거의 축적되지 않는다. 반면에, 인듐(III) 화합물들은 독성이 있고, 신장, 심장, 간을 손상시키는 것으로 알려져 있는데, 특히 InCl3 무수물은 비교적 독성이 크며, InP는 독성이 있는 발암 의심 물질이다. 특이하게도 이들 물질들은 피부에 주사하면 독성을 나타내는 반면, 입을 통해 들어간 것은 흡수율이 낮아 거의 독성을 나타내지 않는다.

1. 수치로 보는 인듐
   인듐의 표준원자량은 114.818g/mol이다. 원자의 전자배치는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p¹([Kr]4d¹⁰5s²5p¹)이며, 화합물에서의 주된 산화수는 +3과 +1이다. 지각에서 존재비는 약 0.2ppm(2x10^-5%)이다. 녹는점은 156.5985^oC이고 끓는점은 2072^oC이며, 녹음열과 증발열은 각각 3.281kJ/mol)과 231.8kJ/mol이다. 정방정계(tetragonal) 결정 구조를 하며, a=b=325.23pm이고 c=494.61pm이다. 실온에서 밀도는 7.31g/cm³이다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 이온화 에너지는 각각 558.3, 1821, 2704 kJ/mol이며, 폴링의 전기음성도는 1.79이다. 20^oC에서 전기비저항은 83.7nΩ∙m이고, 열전도율은 81.8W∙m^-1∙K^-1이다. 자연 상태의 동위원소는 ¹¹³In(4.3%)와 ¹¹⁵In(95.7%)이다. 2011년의 연간 전세계 신규 생산량은 640톤으로 추정되며 중국(340톤), 한국(100톤), 일본(70톤), 캐나다(65톤)가 주요 생산국이다. 2011년의 연간 수요량은 약 1800톤 정도로, 이의 약 2/3가 회수·재생된 것으로 충당된다.

2. 스퍼터링 (Sputtering)
   기판 위에 원하는 코팅 재료(타깃)를 입히는 방법 중의 하나로, 이온화된 입자를 타깃에 충돌시키면 타깃 물질이 튀어나와 기판(코팅하려는 대상물)에 달라붙는 것을 이용한 물리적 증착 방법이다. 반도체, 전자재료, 장식품, 기계와 공구 등 아주 다양한 물체의 표면을 코팅하는데 사용된다.

글 박준우 / 이화여대 명예교수(화학)

서울대학교 화학과를 졸업하고 템플대학교에서 박사학위를 받았다. 오랫동안 이화여대에서 화학을 연구하고 가르쳤다. 저서로 [인간과 사회와 함께한 과학기술 발전의 발자취]와 [아나스타스가 들려주는 녹색화학 이야기] 등이 있고, 역서로 [젊은 과학도에 드리는 조언] 등이 있다.

발행일 2012.08.08

 

Indium Atomic Weight 114.818 Density 7.31 g/cm3 Melting Point 156.6 °C Boiling Point 2072 °C Full technical data The commercial unit of trade for indium is the one-kilogram bar, which is a lot of indium. Its major uses are in low-melting-point alloys that replace mercury in thermometers, and in flat screen televisions. Scroll down to see examples of Indium.