A gallium egy korrozív, ezüst színű aprófém, amely szobahőmérséklet közelében olvad, és amelyet gyakran használnak félvezető vegyületek előállításához.
Tulajdonságok:
- Atom szimbólum: Ga
- Atomszám: 31
- Elemkategória: Átmeneti fém
- Sűrűség: 5,91 g / cm3 (23 ° C-on)
- Olvadáspont: 29,76 ° C (85,58 ° F).
- Forráspont: 2204 ° C (3999 ° F)
- Moh keménysége: 1.5
Jellemzők:
A tiszta gallium ezüstfehér és 29,4 ° C alatti hőmérsékleten olvad. A fém olvadt állapotban 2204 ° C-ig közel 4000 ° F-ig marad, ami az összes fém elem legnagyobb folyadéktartományát biztosítja.
A gallium azon kevés fémek egyike, amely lehűléskor tágul, és térfogata alig 3% -kal növekszik.
Noha a gallium könnyen ötvöződik más fémekkel, az az maró, amely a legtöbb fémet rácsba diffundálja és gyengíti. Alacsony olvadáspontja azonban felhasználható bizonyos alacsony olvadáspontú ötvözeteknél.
Szemben a higany, amely szobahőmérsékleten is folyékony, a gallium megnedvesíti mind a bőrt, mind az üveget, megnehezítve ezzel a kezelést. A gallium közel sem olyan mérgező, mint a higany.
Történelem:
1875-ben Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran fedezte fel a sphalerite-ércek vizsgálata során, a galliumot csak a 20. század második felében használták fel kereskedelmi alkalmazásban.
A gallium kevésbé hasznos szerkezeti fémként, ám értékét sok modern elektronikus eszközben nem lehet alábecsülni.
A gallium kereskedelmi felhasználása a fénykibocsátó diódák (LED-ek) és a III-V rádiófrekvenciás (RF) félvezető technológia kezdeti kutatása alapján alakult ki, amely az 1950-es évek elején kezdődött.
1962-ben az J. J. Gunn, IBM fizikus gallium-arzeniddel (GaAs) kapcsolatos kutatásai arra vezettek, hogy az egyes áramlásokon átáramló elektromos áram nagyfrekvenciás oszcillációját fedezzék fel. félvezető szilárd anyagok - ma már „Gunn Effect” néven ismertek. Ez az áttörés előkészítette az utat a korai katonai detektorok felépítéséhez Gunn diódákkal (más néven KTM) transzfer elektron eszközök), amelyeket azóta különféle automatizált eszközökben használtak, az autós radarok érzékelőitől és a jelvezérlőktől a nedvességtartalom detektorokig és betörőgépekig riasztást.
Az első GaAs alapú LED-eket és lézereket az 1960-as évek elején az RCA, a GE és az IBM kutatói készítették.
A LED-ek kezdetben csak láthatatlan infravörös hullámokat képesek előállítani, korlátozva a fényeket érzékelőkre és foto-elektronikus alkalmazásokra. Az energiahatékony kompakt fényforrásként való potenciáljuk azonban nyilvánvaló volt.
Az 1960-as évek elején a Texas Instruments elkezdte a LED-ek kereskedelmét. Az 1970-es évekre az órákban és a számológépek kijelzőiben használt korai digitális kijelzőrendszereket hamarosan kifejlesztették LED-es háttérvilágítási rendszerekkel.
Az 1970-es és 1980-as évek további kutatása eredményesebb lerakódási technikákat eredményezett, így a LED-technológia megbízhatóbbá és költséghatékonyabbá vált. A gallium-alumínium-arzén (GaAlAs) félvezető vegyületek kifejlesztése eredményeként a korábban tízszer világosabb LED-ek voltak, míg a VEZETTEAz új, galliumtartalmú, félvezető szubsztrátumokon, például indium-gallium-nitridnél (InGaN), gallium-arsenid-foszfidon (GaAsP) és gallium-foszfidon (GaP) alapul.
Az 1960-as évek végére a GaA vezetőképességét is vizsgálták az űrkutatáshoz használt napenergia-források részeként. 1970-ben egy szovjet kutatócsoport létrehozta az első GaAs heterostruktúrájú napelemeket.
Kritikus az optoelektronikai eszközök és az integrált áramkörök (IC-k) gyártására, a későbbi időben felszaporodott GaAs ostyák iránti igény 1990-es évek és a 21. század eleje a mobil kommunikáció és az alternatív energia fejlődésével összefüggésben technológiákat.
Nem meglepő, hogy a növekvő igényre reagálva, 2000 és 2011 között a globális primer galliumtermelés több mint kétszeresére nőtt, évente körülbelül 100 tonnától a több mint 300 millió tonnához.
Termelés:
A földkéregben az átlagos galliumtartalom becslések szerint körülbelül 15 ppm, megközelítőleg hasonló a lítiumhoz és gyakoribb, mint vezet. A fém azonban széles körben eloszlatott és kevés gazdaságilag kinyerhető érctestben található meg.
Az összes előállított primer galliumnak csak 90% -át nyerik ki a bauxit az alumínium-oxid (Al2O3) finomítása során, amely a alumínium. Kis mennyiségű gallium képződik melléktermékként cink extrahálás a szfaleritérc finomítása során.
Az alumínium-érc alumínium-oxidvá történő finomítása során a zúzott ércet forró nátrium-hidroxid-oldattal (NaOH) mossuk. Ez az alumínium-oxidot nátrium-alumináttá alakítja, amely tartályokban ülepedik, miközben a galliumot tartalmazó nátrium-hidroxid-oldatot újra felhasználásra összegyűjtik.
Mivel ezt az italt újrahasznosítják, a galliumtartalom minden ciklus után növekszik, mintegy 100-125ppm szintre. Az elegyet ezután elválaszthatjuk és gallátum formájában betöményíthetjük oldószeres extrakcióval, szerves kelátképző szerek alkalmazásával.
Elektrolitikus fürdőben, 40–60 ° C (104–140 ° F) hőmérsékleten, a nátrium-gallát szennyezett galliummá alakul. Savas mosás után ezután szűrhető porózus kerámia- vagy üveglemezeken, hogy 99,9-99,99% galliumfémet kapjunk.
A 99,99% a standard prekurzor fokozat a GaAs alkalmazásokhoz, de az új felhasználások magasabb tisztaságot igényelnek, amelyet a a fém vákuumban történő melegítése az illékony elemek eltávolítása céljából, vagy elektrokémiai tisztítás és frakcionált kristályosítás mód.
Az elmúlt évtizedben a világ elsődleges galliumtermelésének nagy része Kínába költözött, amely a világ galliumának kb. 70% -át szállítja. Egyéb elsődlegesen termelő nemzetek közé tartozik az Ukrajna és a Kazahsztán.
Az éves galliumtermelés kb. 30% -át kitermelik törmelékből és újrahasznosítható anyagokból, például GaAs-tartalmú IC-ostyákból. A gallium újrahasznosítása Japánban, Észak-Amerikában és Európában történik.
Az Amerikai geológiai szolgálat becslése szerint 2011-ben 310 millió finomított gallium előállítása történt.
A világ legnagyobb gyártói közé tartozik a Zhuhai Fangyuan, a pekingi Jiya félvezető anyagok és a Recapture Metals Ltd.
Alkalmazások:
Amikor az ötvözött gallium hajlamos korrodálódni vagy fémeket készíteni, mint például acél- törékeny. Ez a tulajdonság és rendkívül alacsony olvadási hőmérséklete azt jelenti, hogy a gallium kevés hasznot jelent a szerkezeti alkalmazásokban.
A fém formájában a gallium forrasztásban és alacsony olvadáspontú ötvözetekben, például a Galinstan®, de leggyakrabban a félvezető anyagokban található meg.
A Gallium fő alkalmazásai öt csoportba sorolhatók:
1. Félvezetők: Az éves galliumfogyasztás kb. 70% -át teszik ki, a GaAs ostya sok modern gerincét képezi eszközök, mint például okostelefonok és más vezeték nélküli kommunikációs eszközök, amelyek az energiatakarékos és erősítő képességre támaszkodnak GaAs IC-k.
2. Fénykibocsátó diódák (LED-ek): 2010 óta a LED-szektor gallium iránti globális igénye jelentősen megduplázódott, mivel a nagy fényerősségű LED-eket mobil és síkképernyős képernyőkön használják. A nagyobb energiahatékonyság felé mutató globális lépés azt is eredményezte, hogy a kormány támogassa a LED-es világítás használatát izzólámpa és kompakt fényforrás mellett.
3. Napenergia: A Gallium napenergia-felhasználásban két technológiára összpontosít:
- GaAs koncentrátor napelemek
- Kadmium-indium-gallium-szelenid (CIGS) vékonyrétegű napelemek
Mint rendkívül hatékony fotoelektromos elemek, mindkét technológia sikeres volt a specializálódásban alkalmazások, különös tekintettel az űrrepüléshez és a katonasághoz, de továbbra is akadályokba ütköznek a nagy léptékű piacokon kereskedelmi használat.
4. Mágneses anyagok: Nagy szilárdságú, állandó mágnesek a számítógépek, a hibrid autók, a szélturbinák és más elektronikus és automatizált berendezések kulcsfontosságú elemei. Néhány állandó mágnesben, beleértve a neodímiumot, kis mennyiségű gallium-kiegészítést alkalmaznakVas-bór (NdFeB) mágnesek.
5. Egyéb alkalmazások:
- Speciális ötvözetek és forrasztók
- Nedvesítő tükrök
- A plutónium mint nukleáris stabilizátor
- Nikkel-mangán-gallium alakú memória ötvözet
- Ásványolaj-katalizátor
- Orvosbiológiai alkalmazások, beleértve a gyógyszereket (gallium-nitrát)
- foszforvegyületek
- Neutrino detektálás
Forrás:
Softpedia. A LED-ek története (fénykibocsátó diódák).
Forrás: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs (1993), "Alumínium, gallium, indium és tallium kémiája". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, A. Curtis "III-V félvezetők, az RF alkalmazások története" ECS Trans. 2009, 19. kötet, 3. kiadás, 79–84. Oldal.
Schubert, E. Fred. Fénykibocsátó diódák. Rensselaer Politechnikai Intézet, New York. 2003. május
USGS. Ásványi anyagok összefoglalása: Gallium.
Forrás: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM jelentés. Melléktermékek: az alumínium-gallium kapcsolat.
URL: www.strategic-metal.typepad.com