Există un fel de metal care este foarte magic. În viața de zi cu zi, apare în formă lichidă ca mercurul. Dacă o aruncați pe o cutie, veți fi surprins să aflați că sticla devine la fel de fragilă ca hârtia și se va rupe doar cu un poke. În plus, renunțarea la metale, cum ar fi cupru și fier, provoacă, de asemenea, această situație, care poate fi numită „terminatorul metalic”. Ce face ca acesta să aibă astfel de caracteristici? Astăzi vom intra în lumea galliumului metalic.
1 、 ce element esteMetal de galiu
Elementul Gallium este în a patra perioadă IIIA din tabelul periodic al elementelor. Punctul de topire al galiu pur este foarte scăzut, doar 29,78 ℃, dar punctul de fierbere este de până la 2204,8 ℃. Vara, cea mai mare parte a acestuia există ca lichid și poate fi topită atunci când este plasată în palmă. Din proprietățile de mai sus, putem înțelege că Gallium poate coroda alte metale tocmai datorită punctului său de topire scăzut. Gallium lichid formează aliaje cu alte metale, care este fenomenul magic menționat anterior. Conținutul său în crusta Pământului este de aproximativ 0,001%, iar existența sa nu a fost descoperită până acum 140 de ani. În 1871, chimistul rus Mendeleev a rezumat tabelul periodic al elementelor și a prezis că după zinc, există și un element sub aluminiu, care are proprietăți similare cu aluminiu și se numește „element asemănător aluminiului”. In 1875, when French scientist Bowabordland was studying the spectral line laws of metal elements of the same family, he found a strange light band in sphalerite (ZnS), so he found this “aluminum like element”, and then named it after his motherland France (Gaul, Latin Gallia), with the symbol Ga to represent this element, so gallium became the first element predicted in the history of chemical element discovery, and then found the confirmed element În experimente.
Gallium este distribuit în principal în China, Germania, Franța, Australia, Kazahstan și alte țări din lume, dintre care rezervele de resurse de galiu din China reprezintă mai mult de 95% din totalul lumii, distribuite în principal în Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi și alte locuri [1]. În ceea ce privește tipul de distribuție, Shanxi, Shandong și alte locuri există în principal în Bauxite, Yunnan și în alte locuri din minereu de staniu, iar Hunan și alte locuri există în principal în sphalerită. La începutul descoperirii metalului de galiu, din cauza lipsei cercetărilor corespunzătoare la aplicarea sa, oamenii au crezut întotdeauna că este un metal cu o utilizare scăzută. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei informației și epoca energiei noi și a tehnologiei de înaltă tehnologie, Gallium Metal a primit atenția ca material important în domeniul informației, iar cererea sa a crescut foarte mult.
2 、 Aplicații câmpuri de galiu metalic
1. Câmpul semiconductorului
Gallium este utilizat în principal în domeniul materialelor semiconductoare, materialul cu arsenidă de galiu (GAAS) fiind cel mai utilizat, iar tehnologia este cea mai matură. Ca purtător de diseminare a informațiilor, materialele semiconductoare reprezintă 80% până la 85% din consumul total de galiu, utilizat în principal în comunicarea fără fir. Amplificatoarele de putere de arsenidă de galiu pot crește viteza de transmisie a comunicării la 100 de ori mai mare decât rețelele 4G, ceea ce poate juca un rol important în intrarea în epoca 5G. Mai mult decât atât, galiu poate fi utilizat ca mediu de disipare a căldurii în aplicațiile semiconductoare datorită caracteristicilor sale termice, punctului de topire scăzut, conductivității termice ridicate și performanței bune a fluxului. Aplicarea metalului de galiu sub forma unui aliaj pe bază de galiu în materialele cu interfață termică poate îmbunătăți capacitatea de disipare a căldurii și eficiența componentelor electronice.
2. Celule solare
Dezvoltarea celulelor solare a trecut de la celulele solare din siliciu monocristalin timpuriu la celulele subțiri de siliciu policristalin. Datorită costului ridicat al celulelor de film subțire de siliciu policristalin, cercetătorii au descoperit celulele de film subțire de seleniu (CIGS) din cupru Indium Gallium Selenium (CIGS) în materiale semiconductoare [3]. Celulele CIGS au avantajele costurilor scăzute de producție, producției mari de lot și ratei mari de conversie fotoelectrică, având astfel perspective largi de dezvoltare. În al doilea rând, celulele solare de arsenidă de galiu au avantaje semnificative în eficiența conversiei în comparație cu celulele cu peliculă subțire din alte materiale. Cu toate acestea, din cauza costului ridicat de producție a materialelor cu arsenidă de galiu, acestea sunt utilizate în prezent în principal în câmpurile aerospațiale și militare.
3. Energia hidrogenului
Odată cu creșterea gradului de conștientizare a crizei energetice din întreaga lume, oamenii încearcă să înlocuiască surse de energie nenegerabile, din care se remarcă energia hidrogenului. Cu toate acestea, costul ridicat și siguranța scăzută a depozitării și transportului de hidrogen împiedică dezvoltarea acestei tehnologii. As the most abundant metal element in the crust, aluminum can react with water to produce hydrogen under certain conditions, which is an ideal hydrogen storage material, However, due to the easy oxidation of the surface of metal aluminum to form a dense aluminum oxide film, which inhibits the reaction, researchers have found that low melting point metal gallium can form an alloy with aluminum, and gallium can dissolve the surface aluminum oxide coating, permițând reacției să continue [4], iar galliul metalic poate fi reciclat și reutilizat. Utilizarea materialelor din aliaj de galiu din aluminiu rezolvă foarte mult problema pregătirii rapide și a depozitării și transportului în siguranță a energiei hidrogenului, îmbunătățirea siguranței, economiei și protecției mediului.
4. Câmp medical
Gallium este utilizat în mod obișnuit în domeniul medical datorită proprietăților sale unice de radiații, care pot fi utilizate pentru imagistica și inhibarea tumorilor maligne. Compușii de galiu au activități antifungice și antibacteriene evidente și, în final, obțin sterilizare prin interferarea cu metabolismul bacterian. Și aliajele de galiu pot fi utilizate pentru a face termometre, cum ar fi termometrele de staniu de indiu galiu, un nou tip de aliaj de metal lichid care este sigur, non-toxic și ecologic și poate fi utilizat pentru a înlocui termometrele de mercur toxice. În plus, o anumită proporție de aliaj pe bază de galiu înlocuiește amalgamul de argint tradițional și este utilizat în aplicații clinice ca un nou material de umplutură dentară.
3 、 Perspective
Deși China este unul dintre principalii producători de Gallium din lume, există încă multe probleme în industria galliului din China. Datorită conținutului scăzut de galiu ca mineral însoțitor, întreprinderile de producție de galiu sunt împrăștiate și există legături slabe în lanțul industrial. Procesul minier are o poluare gravă a mediului, iar capacitatea de producție a galliumului de înaltă puritate este relativ slabă, bazându-se în principal pe exportul de galiu grosier la prețuri mici și importul de galiu rafinat la prețuri ridicate. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, îmbunătățirea nivelului de viață al oamenilor și aplicarea pe scară largă a galiu în domeniile informațiilor și energiei, cererea de galiu va crește rapid. Tehnologia de producție relativ înapoiată a galliumului de înaltă puritate va avea inevitabil constrângeri asupra dezvoltării industriale a Chinei. Dezvoltarea de noi tehnologii are o importanță deosebită pentru realizarea dezvoltării de înaltă calitate a științei și tehnologiei în China.
Timpul post: 17-2023 mai