Постоји врста метала која је веома магична. У свакодневном животу, појављује се у течном облику попут живе. Ако је испустите на конзерву, бићете изненађени када откријете да боца постаје крхка као папир и да ће се сломити само уз убод. Поред тога, испуштање на метале попут бакра и гвожђа такође изазива ову ситуацију, која се може назвати „метални терминатор“. Шта узрокује такве карактеристике? Данас ћемо ући у свет метала галијума.
1, Који је елементгалијум метал
Галијум се налази у четвртој периоди IIIA групе периодног система елемената. Тачка топљења чистог галијума је веома ниска, само 29,78 ℃, али тачка кључања је чак 2204,8 ℃. Лети, већина постоји као течност и може се истопити када се стави у длан. Из горе наведених својстава можемо разумети да галијум може да кородира друге метале управо због своје ниске тачке топљења. Течни галијум формира легуре са другим металима, што је магични феномен поменут раније. Његов садржај у Земљиној кори је само око 0,001%, а његово постојање је откривено тек пре 140 година. Године 1871, руски хемичар Мендељејев је сумирао периодни систем елемената и предвидео да после цинка постоји и елемент испод алуминијума, који има слична својства као алуминијум и назива се „елемент сличан алуминијуму“. Године 1875, када је француски научник Боубордланд проучавао законе спектралних линија металних елемената исте породице, пронашао је чудну светлу траку у сфалериту (ZnS), па је пронашао овај „елемент сличан алуминијуму“, а затим га назвао по својој домовини Француској (Галија, латински Gallia), са симболом Ga који представља овај елемент, тако да је галијум постао први елемент предвиђен у историји открића хемијских елемената, а затим је пронађен и потврђени елемент у експериментима.
Галијум је углавном распрострањен у Кини, Немачкој, Француској, Аустралији, Казахстану и другим земљама света, од чега кинеске резерве галијума чине више од 95% светских резерви, углавном распрострањене у Шансију, Гујџоу, Јунану, Хенану, Гуангсију и другим местима [1]. Што се тиче типа распрострањености, Шанси, Шандонг и друга места углавном постоје у бокситу, Јунан и друга места у калајној руди, а Хунан и друга места углавном постоје у сфалериту. На почетку открића металног галијума, због недостатка одговарајућих истраживања о његовој примени, људи су увек веровали да је то метал са ниском употребљивошћу. Међутим, са континуираним развојем информационе технологије и ером нове енергије и високе технологије, метални галијум је добио пажњу као важан материјал у информационој области, а његова потражња је такође знатно порасла.
2, Области примене металног галијума
1. Полупроводничко поље
Галијум се углавном користи у области полупроводничких материјала, при чему је галијум арсенид (GaAs) материјал најшире коришћен, а технологија најзрелија. Као носилац ширења информација, полупроводнички материјали чине 80% до 85% укупне потрошње галијума, који се углавном користи у бежичној комуникацији. Појачала снаге са галијум арсенидом могу повећати брзину преноса комуникације до 100 пута већу од 4G мрежа, што може играти важну улогу у уласку у 5G еру. Штавише, галијум се може користити као медијум за одвођење топлоте у полупроводничким применама због својих термичких карактеристика, ниске тачке топљења, високе топлотне проводљивости и добрих перформанси протока. Примена метала галијума у облику легуре на бази галијума у термичким интерфејс материјалима може побољшати способност одвођења топлоте и ефикасност електронских компоненти.
2. Соларне ћелије
Развој соларних ћелија је прешао пут од раних монокристалних силицијумских соларних ћелија до поликристалних силицијумских танкослојних ћелија. Због високе цене поликристалних силицијумских танкослојних ћелија, истраживачи су открили ћелије са танким филмом бакра, индијума, галијума, селена (CIGS) у полупроводничким материјалима [3]. CIGS ћелије имају предности ниских трошкова производње, велике серије производње и високе стопе фотоелектричне конверзије, што им даје широке перспективе развоја. Друго, соларне ћелије од галијум арсенида имају значајне предности у ефикасности конверзије у поређењу са ћелијама са танким филмом направљеним од других материјала. Међутим, због високих трошкова производње материјала од галијум арсенида, оне се тренутно углавном користе у ваздухопловству и војној области.
3. Енергија водоника
Са све већом свешћу о енергетској кризи широм света, људи траже начине да замене необновљиве изворе енергије, међу којима се истиче водонична енергија. Међутим, високи трошкови и ниска безбедност складиштења и транспорта водоника ометају развој ове технологије. Као најзаступљенији метални елемент у кори, алуминијум може реаговати са водом и производити водоник под одређеним условима, што је идеалан материјал за складиштење водоника. Међутим, због лаке оксидације површине метала алуминијум, формирајући густи филм алуминијум оксида, који инхибира реакцију, истраживачи су открили да метал галијум са ниском тачком топљења може формирати легуру са алуминијумом, а галијум може растворити површински премаз алуминијум оксида, омогућавајући да реакција одвија [4], а метал галијум се може рециклирати и поново користити. Употреба легура алуминијума и галијума значајно решава проблем брзе припреме и безбедног складиштења и транспорта водоничне енергије, побољшавајући безбедност, економичност и заштиту животне средине.
4. Медицинска област
Галијум се често користи у медицини због својих јединствених својстава зрачења, која се могу користити за снимање и инхибицију малигних тумора. Једињења галијума имају очигледна антифунгална и антибактеријска дејства и на крају постижу стерилизацију ометањем метаболизма бактерија. А легуре галијума могу се користити за израду термометара, као што су галијум-индијум-калај термометри, нова врста течне металне легуре која је безбедна, нетоксична и еколошки прихватљива, и може се користити за замену токсичних термометара са живом. Поред тога, одређени део легуре на бази галијума замењује традиционални сребрни амалгам и користи се у клиничким применама као нови материјал за стоматолошко пуњење.
3, Изгледи
Иако је Кина један од главних произвођача галијума у свету, и даље постоје многи проблеми у кинеској индустрији галијума. Због ниског садржаја галијума као пратећег минерала, предузећа за производњу галијума су раштркана, а постоје слабе карике у индустријском ланцу. Процес рударства има озбиљно загађење животне средине, а производни капацитет галијума високе чистоће је релативно слаб, углавном се ослањајући на извоз грубог галијума по ниским ценама и увоз рафинисаног галијума по високим ценама. Међутим, са развојем науке и технологије, побољшањем животног стандарда људи и широком применом галијума у областима информација и енергетике, потражња за галијумом ће се такође брзо повећати. Релативно заостала технологија производње галијума високе чистоће неизбежно ће имати ограничења за индустријски развој Кине. Развој нових технологија је од великог значаја за постизање висококвалитетног развоја науке и технологије у Кини.
Време објаве: 17. мај 2023.