Det finns en sorts metall som är väldigt magisk.I det dagliga livet visas det i flytande form som kvicksilver.Om du tappar den på en burk kommer du att bli förvånad över att upptäcka att flaskan blir ömtålig som papper, och den går sönder med bara ett pet.Att tappa det på metaller som koppar och järn orsakar också denna situation, som kan kallas "metallterminatorn".Vad är det som gör att den har sådana egenskaper?Idag går vi in i metallgalliumvärlden.
1, Vilket element ärgalliummetall
Gallium element är i den fjärde perioden IIIA grupp i det periodiska systemet för grundämnen.Smältpunkten för rent gallium är mycket låg, endast 29,78 ℃, men kokpunkten är så hög som 2204,8 ℃.På sommaren finns det mesta som en vätska och kan smältas när den placeras i handflatan.Av ovanstående egenskaper kan vi förstå att gallium kan korrodera andra metaller just på grund av dess låga smältpunkt.Flytande gallium bildar legeringar med andra metaller, vilket är det magiska fenomen som nämnts tidigare.Dess innehåll i jordskorpan är bara cirka 0,001 %, och dess existens upptäcktes inte förrän för 140 år sedan.År 1871 sammanfattade den ryske kemisten Mendeleev det periodiska systemet för grundämnen och förutspådde att efter zink finns det också ett grundämne under aluminium, som har liknande egenskaper som aluminium och kallas ett "aluminiumliknande element".1875, när den franske forskaren Bowabordland studerade spektrallinjelagarna för metallelement från samma familj, hittade han ett konstigt ljusband i sfalerit (ZnS), så han hittade detta "aluminiumliknande element" och döpte det sedan efter sitt moderland Frankrike (Gallien, latinska Gallien), med symbolen Ga för att representera detta grundämne, så gallium blev det första grundämnet som förutspåddes i historien om upptäckten av kemiska grundämnen, och fann sedan det bekräftade grundämnet i experiment.
Gallium distribueras huvudsakligen i Kina, Tyskland, Frankrike, Australien, Kazakstan och andra länder i världen, varav Kinas galliumresursreserver står för mer än 95% av världens totala, huvudsakligen distribuerade i Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi och andra platser [1].När det gäller distributionstyp finns Shanxi, Shandong och andra platser främst i bauxit, Yunnan och andra platser i tennmalm, och Hunan och andra platser finns huvudsakligen i sfalerit.I början av upptäckten av galliummetall, på grund av bristen på motsvarande forskning om dess tillämpning, har folk alltid trott att det är en metall med låg användbarhet.Men med den kontinuerliga utvecklingen av informationsteknologi och eran av ny energi och högteknologi, har galliummetall uppmärksammats som ett viktigt material inom informationsområdet, och dess efterfrågan har också ökat kraftigt.
2、 Användningsområden för metall gallium
1. Halvledarfält
Gallium används huvudsakligen inom området för halvledarmaterial, där galliumarsenid (GaAs)-material är det mest använda och tekniken är den mest mogna.Som en bärare av informationsspridning står halvledarmaterial för 80 % till 85 % av den totala förbrukningen av gallium, huvudsakligen som används i trådlös kommunikation.Galliumarsenideffektförstärkare kan öka kommunikationsöverföringshastigheten till 100 gånger högre än 4G-nätverk, vilket kan spela en viktig roll för att komma in i 5G-eran.Dessutom kan gallium användas som ett värmeavledningsmedium i halvledarapplikationer på grund av dess värmeegenskaper, låga smältpunkt, höga värmeledningsförmåga och goda flödesprestanda.Att applicera galliummetall i form av en galliumbaserad legering i termiska gränssnittsmaterial kan förbättra värmeavledningsförmågan och effektiviteten hos elektroniska komponenter.
2. Solceller
Utvecklingen av solceller har gått från tidiga monokristallina kiselsolceller till polykristallina tunnfilmsceller av kisel.På grund av de höga kostnaderna för polykristallina tunnfilmsceller av kisel har forskare upptäckt kopparindiumgalliumselentunnfilmsceller (CIGS) i halvledarmaterial [3].CIGS-celler har fördelarna med låga produktionskostnader, stor satsproduktion och hög fotoelektrisk omvandlingshastighet, och har därmed breda utvecklingsmöjligheter.För det andra har solceller av galliumarsenid betydande fördelar i omvandlingseffektivitet jämfört med tunnfilmsceller gjorda av andra material.Men på grund av de höga produktionskostnaderna för galliumarsenidmaterial används de för närvarande huvudsakligen inom flyg- och militärområdet.
3. Väteenergi
Med den ökande medvetenheten om energikrisen över hela världen, försöker människor ersätta icke-förnybara energikällor, av vilka väteenergi sticker ut.Den höga kostnaden och låga säkerheten för lagring och transport av vätgas hindrar dock utvecklingen av denna teknik.Som det mest förekommande metallelementet i skorpan kan aluminium reagera med vatten för att producera väte under vissa förhållanden, vilket är ett idealiskt vätelagringsmaterial, men på grund av den lätta oxidationen av ytan av metallaluminium för att bilda en tät aluminiumoxidfilm , som hämmar reaktionen, har forskare funnit att metallgallium med låg smältpunkt kan bilda en legering med aluminium, och gallium kan lösa upp ytan av aluminiumoxidbeläggningen, vilket gör att reaktionen kan fortgå [4], och metallen gallium kan återvinnas och återanvändas .Användningen av aluminiumgalliumlegeringsmaterial löser i hög grad problemet med snabb förberedelse och säker lagring och transport av väteenergi, vilket förbättrar säkerheten, ekonomin och miljöskyddet.
4. Medicinskt område
Gallium används ofta inom det medicinska området på grund av dess unika strålningsegenskaper, som kan användas för att avbilda och hämma maligna tumörer.Galliumföreningar har uppenbara svampdödande och antibakteriella aktiviteter och uppnår slutligen sterilisering genom att störa bakteriell metabolism.Och galliumlegeringar kan användas för att tillverka termometrar, som galliumindiumtenntermometrar, en ny typ av flytande metallegering som är säker, giftfri och miljövänlig, och som kan användas för att ersätta giftiga kvicksilvertermometrar.Dessutom ersätter en viss andel galliumbaserad legering det traditionella silveramalgamet och används i kliniska applikationer som ett nytt tandfyllningsmaterial.
3, Outlook
Även om Kina är en av de största tillverkarna av gallium i världen, finns det fortfarande många problem i Kinas galliumindustri.På grund av det låga innehållet av gallium som komplementmineral är galliumproduktionsföretagen utspridda och det finns svaga länkar i industrikedjan.Gruvprocessen har allvarliga miljöföroreningar, och produktionskapaciteten för högrent gallium är relativt svag, huvudsakligen beroende av export av grovt gallium till låga priser och import av raffinerat gallium till höga priser.Men med utvecklingen av vetenskap och teknik, förbättringen av människors levnadsstandard och den utbredda tillämpningen av gallium inom informations- och energiområdet kommer efterfrågan på gallium också att öka snabbt.Den relativt efterblivna produktionstekniken av högrent gallium kommer oundvikligen att ha begränsningar för Kinas industriella utveckling.Att utveckla ny teknik är av stor betydelse för att uppnå högkvalitativ utveckling av vetenskap och teknik i Kina.
Posttid: 17 maj 2023