Metalni terminator – galijum

Postoji vrsta metala koja je veoma magična. U svakodnevnom životu pojavljuje se u tečnom obliku poput žive. Ako je ispustite na limenku, iznenadićete se kada otkrijete da boca postaje krhka poput papira, i da će se slomiti samo jednim udarcem. Osim toga, ispuštanje na metale kao što su bakar i željezo također uzrokuje ovu situaciju, koja se može nazvati "metalnim terminatorom". Šta uzrokuje da ima takve karakteristike? Danas ćemo ući u svijet metalnog galijuma.

1、Šta je elementmetalni galijum

Element galijuma nalazi se u četvrtoj grupi IIIA perioda periodnog sistema elemenata. Tačka topljenja čistog galijuma je vrlo niska, samo 29,78 ℃, ali tačka ključanja je čak 2204,8 ℃. Ljeti, većina postoji u tečnosti i može se otopiti kada se stavi na dlan. Iz gore navedenih svojstava možemo shvatiti da galijum može korodirati druge metale upravo zbog svoje niske tačke topljenja. Tečni galijum formira legure sa drugim metalima, što je magični fenomen koji je ranije spomenut. Njegov sadržaj u Zemljinoj kori iznosi samo oko 0,001%, a njegovo postojanje je otkriveno tek prije 140 godina. Ruski hemičar Mendeljejev je 1871. sažeo periodni sistem elemenata i predvidio da posle 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, pronašao je čudnu svjetlosnu traku u sfaleritu (ZnS), pa je pronašao ovaj "element sličan aluminijumu", a zatim ga nazvao po svojoj domovini. Francuska (Galija, latinska Gallia), sa simbolom Ga koji predstavlja ovaj element, pa je galijum postao prvi element predviđen u istoriji otkrića hemijskih elemenata, a zatim je pronađen potvrđen element u eksperimentima.

Galij se uglavnom distribuira u Kini, Njemačkoj, Francuskoj, Australiji, Kazahstanu i drugim zemljama svijeta, od kojih kineske rezerve galijuma čine više od 95% ukupnih svjetskih, uglavnom distribuiranih u Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi i druga mjesta [1]. Što se tiče vrste distribucije, Shanxi, Shandong i druga mjesta uglavnom postoje u boksitu, Yunnan i drugim mjestima u rudi kalaja, a Hunan i druga mjesta uglavnom postoje u sfaleritu. Na početku otkrića metalnog galija, zbog nedostatka odgovarajućih istraživanja o njegovoj primjeni, ljudi su oduvijek vjerovali da je to metal niske upotrebljivosti. Međutim, s kontinuiranim razvojem informatičke tehnologije i erom nove energije i visoke tehnologije, metal galijum je dobio pažnju kao važan materijal u informacionom polju, a njegova potražnja je takođe uveliko porasla.

2、 Područja primjene metalnog galija

1. Polje poluprovodnika

Galijum se uglavnom koristi u oblasti poluprovodničkih materijala, pri čemu je materijal galijum arsenida (GaAs) najšire korišćen i tehnologija je najzrelija. Kao nosilac širenja informacija, poluprovodnički materijali čine 80% do 85% ukupne potrošnje galija, uglavnom se koriste u bežičnoj komunikaciji. Pojačala snage od galij-arsenida mogu povećati brzinu prijenosa komunikacije do 100 puta veću od 4G mreža, što može igrati važnu ulogu u ulasku u eru 5G. Štaviše, galijum se može koristiti kao medij za disipaciju toplote u poluprovodničkim aplikacijama zbog svojih termičkih karakteristika, niske tačke topljenja, visoke toplotne provodljivosti i dobrih performansi protoka. Primjena metalnog galijuma u obliku legure na bazi galijuma u materijalima termičkog sučelja može poboljšati sposobnost odvođenja topline i efikasnost elektronskih komponenti.

2. Solarne ćelije

Razvoj solarnih ćelija je otišao od ranih monokristalnih silicijumskih solarnih ćelija do polikristalnih silicijumskih tankoslojnih ćelija. Zbog visoke cijene tankoslojnih ćelija polikristalnog silicija, istraživači su otkrili ćelije tankog filma bakra indij galij selena (CIGS) u poluvodičkim materijalima [3]. CIGS ćelije imaju prednosti niskih troškova proizvodnje, velike serije i visoke stope fotoelektrične konverzije, tako da imaju široke razvojne perspektive. Drugo, solarne ćelije od galij-arsenida imaju značajne prednosti u efikasnosti konverzije u odnosu na ćelije tankog filma napravljene od drugih materijala. Međutim, zbog visokih troškova proizvodnje galij-arsenidnih materijala, oni se trenutno uglavnom koriste u avio-svemirskom i vojnom polju.

3. Energija vodonika

Uz sve veću svijest o energetskoj krizi u cijelom svijetu, ljudi nastoje zamijeniti neobnovljive izvore energije, među kojima se izdvaja energija vodonika. Međutim, visoka cijena i niska sigurnost skladištenja i transporta vodika ometaju razvoj ove tehnologije. Kao najzastupljeniji metalni element u kori, aluminijum može da reaguje sa vodom da bi proizveo vodik pod određenim uslovima, što je idealan materijal za skladištenje vodonika, međutim, zbog lake oksidacije površine metalnog aluminijuma da se formira gusti film aluminijum oksida. , koji inhibira reakciju, istraživači su otkrili da metalni galijum niske tačke topljenja može formirati leguru sa aluminijumom, a galijum može da rastvori površinski aluminijum oksidni premaz, koji omogućava da se reakcija nastavi [4], a metalni galijum se može reciklirati i ponovo koristiti. Upotreba materijala od legure aluminijuma galijuma u velikoj meri rešava problem brze pripreme i bezbednog skladištenja i transporta energije vodonika, poboljšavajući bezbednost, ekonomičnost i zaštitu životne sredine.

4. Oblast medicine

Galij se obično koristi u medicinskom polju zbog svojih jedinstvenih svojstava zračenja, koja se mogu koristiti za snimanje i inhibiciju malignih tumora. Jedinjenja galija imaju očito antifungalno i antibakterijsko djelovanje i na kraju postižu sterilizaciju ometanjem metabolizma bakterija. I legure galija mogu se koristiti za izradu termometara, kao što su galijum indijski limeni termometri, nova vrsta legure tekućeg metala koja je sigurna, netoksična i ekološki prihvatljiva i može se koristiti za zamjenu termometara otrovne žive. Osim toga, određeni udio legure na bazi galija zamjenjuje tradicionalni srebrni amalgam i koristi se u kliničkim primjenama kao novi materijal za zubno punjenje.

3、 Outlook

Iako je Kina jedan od glavnih proizvođača galija u svijetu, još uvijek postoje mnogi problemi u kineskoj industriji galija. Zbog niskog sadržaja galija kao pratećeg minerala, preduzeća za proizvodnju galijuma su raštrkana, a u industrijskom lancu postoje slabe karike. Proces rudarenja ozbiljno zagađuje okoliš, a kapacitet proizvodnje galijuma visoke čistoće je relativno slab, uglavnom se oslanja na izvoz grubog galijuma po niskim cijenama i uvoz rafiniranog galijuma po visokim cijenama. Međutim, sa razvojem nauke i tehnologije, poboljšanjem životnog standarda ljudi i širokom primenom galija u oblastima informacija i energije, potražnja za galijumom će takođe brzo rasti. Relativno zaostala tehnologija proizvodnje galija visoke čistoće neizbježno će imati ograničenja za kineski industrijski razvoj. Razvoj novih tehnologija je od velikog značaja za postizanje visokokvalitetnog razvoja nauke i tehnologije u Kini.