Există un fel de metal care este foarte magic.În viața de zi cu zi, apare sub formă lichidă ca mercurul.Dacă o scăpați pe o cutie, veți fi surprins să descoperiți că sticla devine la fel de fragilă ca hârtia și se va rupe doar cu o lovitură.În plus, aruncarea acestuia pe metale precum cuprul și fierul provoacă și această situație, care poate fi numită „terminator de metal”.Ce îl determină să aibă astfel de caracteristici?Astăzi vom intra în lumea galiului metalic.
1、Ce element estegaliu metal
Elementul galiu se află în a patra perioadă a grupului IIIA din tabelul periodic al elementelor.Punctul de topire al galiului pur este foarte scăzut, doar 29,78 ℃, dar punctul de fierbere este de până la 2204,8 ℃.Vara, cea mai mare parte există ca lichid și se poate topi atunci când este plasat în palmă.Din proprietățile de mai sus, putem înțelege că galiul poate coroda alte metale tocmai datorită punctului său de topire scăzut.Galiul lichid formează aliaje cu alte metale, care este fenomenul magic menționat mai devreme.Conținutul său în scoarța terestră este de doar aproximativ 0,001%, iar existența sa nu a fost descoperită decât în urmă cu 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 aluminiul și este numit „element asemănător aluminiului”.În 1875, când omul de știință francez Bowabordland studia legile liniilor spectrale ale elementelor metalice din aceeași familie, el a găsit o bandă de lumină ciudată în sfalerit (ZnS), așa că a găsit acest „element asemănător aluminiului”, apoi l-a numit după patria sa mamă. Franța (Galia, latină Gallia), cu simbolul Ga pentru a reprezenta acest element, astfel că galiul a devenit primul element prezis în istoria descoperirii elementelor chimice, iar apoi a găsit elementul confirmat în experimente.
Galiul este distribuit în principal în China, Germania, Franța, Australia, Kazahstan și alte țări din lume, dintre care rezervele de resurse de galiu ale Chinei reprezintă mai mult de 95% din totalul mondial, 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 bauxită, Yunnan și alte locuri în minereu de staniu, iar Hunan și alte locuri există în principal în sfalerit.La începutul descoperirii metalului galiu, din cauza lipsei cercetărilor corespunzătoare privind aplicarea acestuia, oamenii au crezut întotdeauna că este un metal cu utilizare redusă.Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei informației și a erei energiei noi și a tehnologiei înalte, metalul galiu a primit atenție ca material important în domeniul informației, iar cererea sa a crescut, de asemenea, foarte mult.
2, Domenii de aplicare ale Galiului metalic
1. Câmp semiconductor
Galiul este utilizat în principal în domeniul materialelor semiconductoare, materialul cu arseniură de galiu (GaAs) fiind cel mai utilizat și tehnologia fiind 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 comunicațiile fără fir.Amplificatoarele de putere cu arseniură de galiu pot crește viteza de transmisie a comunicațiilor de 100 de ori mai mare decât a rețelelor 4G, care pot juca un rol important în intrarea în era 5G.Mai mult, galiul poate fi folosit ca mediu de disipare a căldurii în aplicațiile semiconductoare datorită caracteristicilor sale termice, punctului de topire scăzut, conductibilității termice ridicate și performanței bune de curgere.Aplicarea metalului galiu sub formă de aliaj pe bază de galiu în materialele de 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 de siliciu monocristalin timpurii la celulele cu film subțire de siliciu policristalin.Datorită costului ridicat al celulelor cu film subțire de siliciu policristalin, cercetătorii au descoperit celule cu film subțire de cupru, indi, galiu, seleniu (CIGS) în materiale semiconductoare [3].Celulele CIGS au avantajele costurilor de producție scăzute, producției de lot mare și ratei ridicate de conversie fotoelectrică, având astfel perspective largi de dezvoltare.În al doilea rând, celulele solare cu arseniură de galiu au avantaje semnificative în ceea ce privește eficiența conversiei în comparație cu celulele cu peliculă subțire realizate din alte materiale.Cu toate acestea, datorită costului ridicat de producție al materialelor cu arseniură de galiu, acestea sunt în prezent utilizate în principal în domeniul aerospațial și militar.
3. Energia hidrogenului
Odată cu creșterea gradului de conștientizare a crizei energetice din întreaga lume, oamenii caută să înlocuiască sursele de energie neregenerabile, dintre care energia cu hidrogen iese în evidență.Cu toate acestea, costul ridicat și siguranța scăzută a stocării și transportului hidrogenului împiedică dezvoltarea acestei tehnologii.Fiind cel mai abundent element metalic din crustă, aluminiul poate reacționa cu apa pentru a produce hidrogen în anumite condiții, care este un material ideal de stocare a hidrogenului. Cu toate acestea, datorită oxidării ușoare a suprafeței metalului aluminiu pentru a forma o peliculă densă de oxid de aluminiu. , care inhibă reacția, cercetătorii au descoperit că galiul metalic cu punct de topire scăzut poate forma un aliaj cu aluminiul, iar galiul poate dizolva stratul de oxid de aluminiu la suprafață, permițând reacției să continue [4], iar galiul metalic poate fi reciclat și reutilizat .Utilizarea materialelor din aliaj de aluminiu și galiu rezolvă în mare măsură problema pregătirii rapide și a depozitării și transportului în siguranță a energiei hidrogenului, îmbunătățind siguranța, economia și protecția mediului.
4. Domeniul medical
Galiul 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 cele din urmă, realizează sterilizarea interferând cu metabolismul bacterian.Și aliajele de galiu pot fi folosite pentru a face termometre, cum ar fi termometrele de staniu cu galiu indiu, un nou tip de aliaj de metal lichid care este sigur, netoxic și ecologic și poate fi folosit pentru a înlocui termometrele toxice cu mercur.În plus, o anumită proporție de aliaj pe bază de galiu înlocuiește amalgamul tradițional de argint și este utilizat în aplicații clinice ca un nou material de obturație dentară.
3, Outlook
Deși China este unul dintre principalii producători de galiu din lume, există încă multe probleme în industria galiului din China.Datorită conținutului scăzut de galiu ca mineral însoțitor, întreprinderile de producție de galiu sunt împrăștiate și există verigi slabe în lanțul industrial.Procesul de exploatare are o poluare gravă a mediului, iar capacitatea de producție de galiu de înaltă puritate este relativ slabă, bazându-se în principal pe exportul de galiu grosier la prețuri mici și pe importul de galiu rafinat la prețuri mari.Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, îmbunătățirea standardelor de viață ale oamenilor și aplicarea pe scară largă a galiului în domeniile informației și energiei, cererea de galiu va crește, de asemenea, rapid.Tehnologia de producție relativ înapoiată a galiului de înaltă puritate va avea inevitabil constrângeri asupra dezvoltării industriale a Chinei.Dezvoltarea de noi tehnologii este de mare importanță pentru realizarea dezvoltării de înaltă calitate a științei și tehnologiei în China.
Ora postării: 17-mai-2023