Existuje druh kovu, který je velmi magický.V každodenním životě se objevuje v kapalné formě jako rtuť.Pokud ji upustíte na plechovku, budete překvapeni, když zjistíte, že láhev je křehká jako papír a rozbije se pouhým šťouchnutím.Kromě toho, upuštění na kovy, jako je měď a železo, také způsobuje tuto situaci, kterou lze nazvat „kovovým terminátorem“.Co způsobuje, že má takové vlastnosti?Dnes vstoupíme do světa kovového gallia.
1、Co je to prvekgalliový kov
Prvek galium je ve čtvrté periodě IIIA skupiny v periodické tabulce prvků.Bod tání čistého gallia je velmi nízký, pouze 29,78 ℃, ale bod varu je až 2204,8 ℃.V létě existuje většina z nich jako kapalina a po vložení do dlaně se dá roztavit.Z výše uvedených vlastností můžeme pochopit, že gallium může korodovat jiné kovy právě kvůli svému nízkému bodu tání.Tekuté gallium tvoří slitiny s jinými kovy, což je magický jev, o kterém jsme se zmínili dříve.Jeho obsah v zemské kůře je jen asi 0,001 % a jeho existence byla objevena až před 140 lety.V roce 1871 ruský chemik Mendělejev shrnul periodickou tabulku prvků a předpověděl, že po zinku je pod hliníkem také prvek, který má podobné vlastnosti jako hliník a nazývá se „prvek podobný hliníku“.V roce 1875, když francouzský vědec Bowabordland studoval zákony spektrálních čar kovových prvků stejné rodiny, našel ve sfaleritu (ZnS) podivný světelný pás, a tak našel tento „prvek podobný hliníku“ a pojmenoval jej po své vlasti. Francie (Gaul, latinsky Gallia), se symbolem Ga reprezentujícím tento prvek, takže gallium se stalo prvním prvkem předpovězeným v historii objevování chemických prvků a poté našlo potvrzený prvek v experimentech.
Gallium je distribuováno hlavně v Číně, Německu, Francii, Austrálii, Kazachstánu a dalších zemích světa, z nichž čínské zásoby gallia tvoří více než 95 % světového celku, hlavně distribuované v Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi a na dalších místech [1].Pokud jde o typ distribuce, Shanxi, Shandong a další místa existují hlavně v bauxitu, Yunnan a další místa v cínové rudě a Hunan a další místa existují hlavně ve sfaleritu.Na počátku objevu kovu gallia, kvůli nedostatku odpovídajícího výzkumu jeho aplikace, lidé vždy věřili, že se jedná o kov s nízkou využitelností.S neustálým rozvojem informačních technologií a érou nové energie a high-tech se však gallium dostalo pozornosti jako důležitému materiálu v informační oblasti a jeho poptávka také výrazně vzrostla.
2、 Oblasti použití kovového gallia
1. Polovodičové pole
Gallium se používá hlavně v oblasti polovodičových materiálů, přičemž materiál arsenid galia (GaAs) je nejpoužívanější a technologie je nejvyspělejší.Polovodičové materiály jako nosič šíření informací představují 80 % až 85 % celkové spotřeby galia, používaného především v bezdrátové komunikaci.Výkonové zesilovače arsenidu galia mohou zvýšit rychlost přenosu komunikace na 100krát vyšší než u sítí 4G, což může hrát důležitou roli při vstupu do éry 5G.Kromě toho může být gallium použito jako médium pro rozptyl tepla v polovodičových aplikacích kvůli jeho tepelným charakteristikám, nízkému bodu tání, vysoké tepelné vodivosti a dobrému průtoku.Použití kovového gallia ve formě slitiny na bázi galia v materiálech tepelného rozhraní může zlepšit schopnost odvádění tepla a účinnost elektronických součástek.
2. Solární články
Vývoj solárních článků šel od raných monokrystalických křemíkových solárních článků k polykrystalickým křemíkovým článkům s tenkým filmem.Vzhledem k vysoké ceně polykrystalických křemíkových tenkovrstvých článků objevili vědci v polovodičových materiálech články s tenkou vrstvou mědi a galia a selenu (CIGS) [3].Články CIGS mají výhody nízkých výrobních nákladů, velkosériové výroby a vysoké rychlosti fotoelektrické konverze, takže mají široké vyhlídky na vývoj.Za druhé, solární články z arsenidu galia mají významné výhody v účinnosti konverze ve srovnání s tenkovrstvými články vyrobenými z jiných materiálů.Vzhledem k vysokým výrobním nákladům materiálů arsenidu galia se však v současnosti používají především v leteckém a vojenském průmyslu.
3. Energie vodíku
S rostoucím povědomím o energetické krizi na celém světě se lidé snaží nahradit neobnovitelné zdroje energie, z nichž vyniká vodíková energie.Vysoké náklady a nízká bezpečnost skladování a přepravy vodíku však brání rozvoji této technologie.Jako nejrozšířenější kovový prvek v kůře může hliník za určitých podmínek reagovat s vodou za vzniku vodíku, což je ideální materiál pro skladování vodíku, avšak díky snadné oxidaci povrchu kovového hliníku za vzniku hustého filmu oxidu hlinitého , který inhibuje reakci, vědci zjistili, že kov s nízkou teplotou tání může tvořit slitinu s hliníkem a gallium může rozpustit povrchový povlak oxidu hliníku, což umožňuje pokračování reakce [4] a kovové gallium lze recyklovat a znovu použít. .Použití materiálů slitiny hliníku a gallia výrazně řeší problém rychlé přípravy a bezpečného skladování a přepravy vodíkové energie, zlepšuje bezpečnost, hospodárnost a ochranu životního prostředí.
4. Lékařský obor
Gallium se běžně používá v lékařské oblasti díky svým jedinečným radiačním vlastnostem, které lze použít pro zobrazování a inhibici maligních nádorů.Sloučeniny galia mají zjevné antifungální a antibakteriální účinky a nakonec dosahují sterilizace zásahem do bakteriálního metabolismu.A ze slitin galia lze vyrábět teploměry, jako jsou cínové teploměry s galliem a indiem, což je nový typ slitiny tekutých kovů, který je bezpečný, netoxický a šetrný k životnímu prostředí a může být použit jako náhrada toxických rtuťových teploměrů.Kromě toho určitý podíl slitiny na bázi galia nahrazuje tradiční stříbrný amalgám a používá se v klinických aplikacích jako nový dentální výplňový materiál.
3, Outlook
Přestože je Čína jedním z hlavních producentů gallia na světě, stále existuje mnoho problémů v čínském galliovém průmyslu.Vzhledem k nízkému obsahu gallia jako doprovodného minerálu jsou podniky na výrobu galia rozptýleny a v průmyslovém řetězci existují slabé články.Proces těžby má vážné znečištění životního prostředí a výrobní kapacita vysoce čistého gallia je relativně slabá, hlavně se spoléhá na vývoz hrubého gallia za nízké ceny a dovoz rafinovaného gallia za vysoké ceny.S rozvojem vědy a techniky, zlepšováním životní úrovně lidí a širokým uplatněním gallia v oblasti informací a energetiky však rapidně vzroste i poptávka po galliu.Relativně zaostalá technologie výroby vysoce čistého galia bude nevyhnutelně omezovat čínský průmyslový rozvoj.Rozvoj nových technologií má velký význam pro dosažení vysoce kvalitního rozvoje vědy a techniky v Číně.
Čas odeslání: 17. května 2023