Постоји врста метала која је веома магична. У свакодневном животу, појављује се у течном облику попут живе. Ако је баците на конзерву, изненадићете се када ћете открити да боца постаје крхка попут папира и да ће се сломити само једним ударцем. Поред тога, испуштање на метале као што су бакар и гвожђе такође изазива ову ситуацију, која се може назвати „металним терминатором“. Шта узрокује да има такве карактеристике? Данас ћемо ући у свет металног галијума.
1、Шта је елементметални галијум
Елемент галијума је у четвртој групи ИИИА периода у периодном систему 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 на длан. Из наведених својстава можемо схватити да галијум може да кородира друге метале управо због своје ниске тачке топљења. Течни галијум формира легуре са другим металима, што је магични феномен који је раније поменут. Његов садржај у Земљиној кори је само око 0,001%, а његово постојање је откривено тек пре 140 година. Руски хемичар Мендељејев је 1871. 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 Бовабордланд проучавао законе спектралних линија металних елемената исте породице, пронашао је чудну светлосну траку у сфалериту (ЗнС), па је пронашао овај „елемент сличан алуминијуму“, а затим га назвао по својој домовини. Француска (Галија, латинска Галлиа), са симболом Га који представља овај елемент, па је галијум постао први елемент предвиђен у историји открића хемијских елемената, а затим је пронађен потврђен елемент у експериментима.
Галијум се углавном дистрибуира у Кини, Немачкој, Француској, Аустралији, Казахстану и другим земљама у свету, од којих кинеске резерве галијума чине више од 95% укупних светских, углавном распоређених у Шансију, Гуиџоу, Јунану, Хенану, Гуангсију и друга места [1]. Што се тиче врсте дистрибуције, Сханки, Схандонг и друга места углавном постоје у бокситу, Јунан и другим местима у руди калаја, а Хунан и друга места углавном постоје у сфалериту. На почетку открића металног галијума, због недостатка одговарајућих истраживања о његовој примени, људи су одувек веровали да је то метал мале употребљивости. Међутим, са континуираним развојем информационих технологија и ером нове енергије и високе технологије, метал галијума је добио пажњу као важан материјал у информационом пољу, а његова потражња је такође значајно порасла.
2、 Поља примене металног галијума
1. Поље полупроводника
Галијум се углавном користи у области полупроводничких материјала, при чему је материјал галијум-арсенида (ГаАс) најшире коришћен и технологија је најзрелија. Као носилац ширења информација, полупроводнички материјали чине 80% до 85% укупне потрошње галијума, који се углавном користи у бежичној комуникацији. Појачала снаге од галијум-арсенида могу повећати брзину преноса комуникације до 100 пута већу од 4Г мрежа, што може играти важну улогу у уласку у еру 5Г. Штавише, галијум се може користити као медијум за дисипацију топлоте у полупроводничким апликацијама због својих термичких карактеристика, ниске тачке топљења, високе топлотне проводљивости и добрих перформанси протока. Примена метала галијума у облику легуре на бази галијума у материјалима термичког интерфејса може побољшати способност дисипације топлоте и ефикасност електронских компоненти.
2. Соларне ћелије
Развој соларних ћелија је отишао од раних монокристалних силицијумских соларних ћелија до поликристалних силицијумских танкослојних ћелија. Због високе цене ћелија танког филма поликристалног силицијума, истраживачи су открили ћелије танког филма бакра индијум галијума селена (ЦИГС) у полупроводничким материјалима [3]. ЦИГС ћелије имају предности ниских трошкова производње, велике серије и високе стопе фотоелектричне конверзије, тако да имају широке изгледе за развој. Друго, соларне ћелије галијум-арсенида имају значајне предности у ефикасности конверзије у поређењу са ћелијама танког филма направљеним од других материјала. Међутим, због високих трошкова производње галијум-арсенидних материјала, они се тренутно углавном користе у ваздухопловству и војним областима.
3. Енергија водоника
Са све већом свешћу о енергетској кризи широм света, људи траже да замене необновљиве изворе енергије, од којих се издваја енергија водоника. Међутим, висока цена и ниска безбедност складиштења и транспорта водоника ометају развој ове технологије. Као најзаступљенији метални елемент у кори, алуминијум може да реагује са водом да би произвео водоник под одређеним условима, што је идеалан материјал за складиштење водоника, међутим, због лаке оксидације површине металног алуминијума да се формира густи филм алуминијум оксида , који инхибира реакцију, истраживачи су открили да метални галијум ниске тачке топљења може да формира легуру са алуминијумом, а галијум може да раствори површински алуминијум оксидни премаз, који омогућава да се реакција одвија [4], а метални галијум се може рециклирати и поново користити. Употреба материјала од легуре алуминијума галијума у великој мери решава проблем брзе припреме и безбедног складиштења и транспорта енергије водоника, побољшавајући безбедност, економичност и заштиту животне средине.
4. Област медицине
Галијум се обично користи у медицинском пољу због својих јединствених својстава зрачења, која се могу користити за снимање и инхибицију малигних тумора. Једињења галијума имају очигледне антифунгалне и антибактеријске активности и на крају постижу стерилизацију мешањем у метаболизам бактерија. И легуре галијума могу се користити за прављење термометара, као што су галијум индијски лимени термометри, нова врста легуре течног метала која је безбедна, нетоксична и еколошки прихватљива и може се користити за замену токсичних живиних термометара. Поред тога, одређени део легуре на бази галијума замењује традиционални сребрни амалгам и користи се у клиничким применама као нови материјал за зубно пуњење.
3、 Оутлоок
Иако је Кина један од главних произвођача галијума у свету, још увек постоје многи проблеми у кинеској индустрији галијума. Због ниског садржаја галијума као пратећег минерала, предузећа за производњу галијума су раштркана, а у индустријском ланцу постоје слабе карике. Процес рударења има озбиљно загађење животне средине, а капацитет производње галијума високе чистоће је релативно слаб, углавном се ослања 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 енергије, потражња за галијумом ће такође брзо расти. 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 поста: 17.05.2023