Postoji vrsta metala koja je vrlo magična. U svakodnevnom životu pojavljuje se u tekućem obliku poput žive. Ako je ispustite na limenku, iznenadit ćete se kada otkrijete da boca postaje krhka poput papira i da će se slomiti samo jednim ubodom. Osim toga, ispuštanje na metale poput bakra i željeza također uzrokuje ovu situaciju, koja se može nazvati "metalni terminator". Šta uzrokuje takve karakteristike? Danas ćemo ući u svijet metala galija.
1. Koji je elementmetalni galijum
Element galijum se nalazi u četvrtoj periodi IIIA grupe u periodnom sistemu elemenata. Tačka topljenja čistog galija je vrlo niska, samo 29,78 ℃, ali tačka ključanja je čak 2204,8 ℃. Ljeti se većina galija nalazi u tečnom stanju i može se otopiti kada se stavi u dlan. Iz gore navedenih svojstava možemo shvatiti da galijum može nagrizati druge metale upravo zbog svoje niske tačke topljenja. Tečni galijum formira legure s drugim metalima, što je magični fenomen spomenut ranije. Njegov sadržaj u Zemljinoj kori je samo oko 0,001%, a njegovo postojanje otkriveno je tek prije 140 godina. Godine 1871. ruski hemičar Mendeljejev sumirao je periodni sistem elemenata i predvidio da nakon cinka postoji i element ispod aluminijuma, koji ima slična svojstva kao aluminijum i naziva se "element sličan aluminijumu". Godine 1875, kada je francuski naučnik Bowabordland proučavao zakone spektralnih linija metalnih elemenata iste porodice, otkrio je neobičnu svijetlu traku u sfaleritu (ZnS), pa je pronašao ovaj "element sličan aluminijumu", a zatim ga nazvao po svojoj domovini Francuskoj (Galija, latinski Gallia), sa simbolom Ga koji predstavlja ovaj element, tako da je galijum postao prvi element predviđen u historiji otkrivanja hemijskih elemenata, a zatim je pronađen i potvrđen element u eksperimentima.
Galijum je uglavnom rasprostranjen u Kini, Njemačkoj, Francuskoj, Australiji, Kazahstanu i drugim zemljama svijeta, od kojih kineske rezerve galija čine više od 95% svjetskih rezervi, uglavnom rasprostranjene u Shanxiju, Guizhouu, Yunnanu, Henan, Guangxiju i drugim mjestima [1]. Što se tiče tipa rasprostranjenosti, Shanxi, Shandong i druga mjesta uglavnom se nalaze u boksitu, Yunnan i druga mjesta u rudi kalaja, a Hunan i druga mjesta uglavnom u sfaleritu. Na početku otkrića metala galija, zbog nedostatka odgovarajućih istraživanja o njegovoj primjeni, ljudi su oduvijek vjerovali da je to metal niske upotrebljivosti. Međutim, s kontinuiranim razvojem informacionih tehnologija i erom nove energije i visoke tehnologije, metal galija je privukao pažnju kao važan materijal u informacionom polju, a njegova potražnja je također znatno porasla.
2. Područja primjene metalnog galija
1. Poluprovodničko polje
Galij se uglavnom koristi u području poluprovodničkih materijala, pri čemu je materijal galijum arsenid (GaAs) najčešće korišten, a tehnologija najzrelija. Kao nosilac širenja informacija, poluprovodnički materijali čine 80% do 85% ukupne potrošnje galija, a uglavnom se koristi u bežičnoj komunikaciji. Pojačala snage galijum arsenida mogu povećati brzinu prijenosa komunikacije do 100 puta veću od 4G mreža, što može igrati važnu ulogu u ulasku u 5G eru. Štaviše, galij se može koristiti kao medij za odvođenje topline u poluprovodničkim primjenama zbog svojih termičkih karakteristika, niske tačke topljenja, visoke toplinske provodljivosti i dobrih performansi protoka. Primjena metala galija u obliku legure na bazi galija u termičkim međufaznim materijalima može poboljšati sposobnost odvođenja topline i efikasnost elektroničkih komponenti.
2. Solarne ćelije
Razvoj solarnih ćelija je prošao put od ranih monokristalnih silicijumskih solarnih ćelija do polikristalnih silicijumskih tankoslojnih ćelija. Zbog visoke cijene polikristalnih silicijumskih tankoslojnih ćelija, istraživači su otkrili ćelije tankog filma bakra, indija, galija, selena (CIGS) u poluprovodničkim materijalima [3]. CIGS ćelije imaju prednosti niskih troškova proizvodnje, velike serijske proizvodnje i visoke stope fotoelektrične konverzije, te stoga imaju široke razvojne izglede. Drugo, solarne ćelije od galij-arsenida imaju značajne prednosti u efikasnosti konverzije u poređenju sa tankoslojnim ćelijama napravljenim od drugih materijala. Međutim, zbog visokih troškova proizvodnje materijala od galij-arsenida, one se trenutno uglavnom koriste u vazduhoplovstvu i vojnoj oblasti.
3. Energija vodika
S rastućom sviješću o energetskoj krizi širom svijeta, ljudi traže načine za zamjenu neobnovljivih izvora energije, među kojima se ističe energija vodika. Međutim, visoki troškovi i niska sigurnost skladištenja i transporta vodika ometaju razvoj ove tehnologije. Kao najzastupljeniji metalni element u Zemljinoj kori, aluminij može reagirati s vodom i proizvoditi vodik pod određenim uvjetima, što je idealan materijal za skladištenje vodika. Međutim, zbog lake oksidacije površine metala aluminija formirajući gusti film aluminij oksida, koji inhibira reakciju, istraživači su otkrili da metal galijum niske tačke topljenja može formirati leguru s aluminijem, a galij može otopiti površinski premaz aluminij oksida, omogućavajući da reakcija napreduje [4], a metal galijum se može reciklirati i ponovo upotrijebiti. Upotreba legura aluminija i galija uveliko rješava problem brze pripreme i sigurnog skladištenja i transporta energije vodika, poboljšavajući sigurnost, ekonomičnost i zaštitu okoliša.
4. Medicinsko područje
Galij se često koristi u medicinskoj oblasti zbog svojih jedinstvenih svojstava zračenja, koja se mogu koristiti za snimanje i inhibiciju malignih tumora. Spojevi galija imaju očigledna antifungalna i antibakterijska djelovanja i na kraju postižu sterilizaciju ometanjem bakterijskog metabolizma. Legure galija mogu se koristiti za izradu termometara, kao što su termometri od galija i indija, nova vrsta tečne metalne legure koja je sigurna, netoksična i ekološki prihvatljiva, te se može koristiti za zamjenu toksičnih termometara sa živom. Osim toga, određeni udio legure na bazi galija zamjenjuje tradicionalni srebrni amalgam i koristi se u kliničkim primjenama kao novi materijal za zubne ispune.
3, Izgledi
Iako je Kina jedan od glavnih proizvođača galija u svijetu, u kineskoj industriji galija i dalje postoje mnogi problemi. Zbog niskog sadržaja galija kao pratećeg minerala, preduzeća za proizvodnju galija su raspršena, a u industrijskom lancu postoje slabe karike. Proces rudarstva ima ozbiljno zagađenje okoliša, a proizvodni kapaciteti galija visoke čistoće su relativno slabi, uglavnom se oslanjajući na izvoz grubog galija po niskim cijenama i uvoz rafiniranog galija po visokim cijenama. Međutim, s razvojem nauke i tehnologije, poboljšanjem životnog standarda ljudi i širokom primjenom galija u oblastima informacija i energetike, potražnja za galijumom će se također brzo povećati. Relativno zaostala tehnologija proizvodnje galija visoke čistoće neminovno će imati ograničenja za industrijski razvoj Kine. Razvoj novih tehnologija je od velikog značaja za postizanje visokokvalitetnog razvoja nauke i tehnologije u Kini.
Vrijeme objave: 17. maj 2023.