May isang uri ng metal na napaka-magical. Sa pang-araw-araw na buhay, lumilitaw ito sa anyo ng likido tulad ng mercury. Kung ihuhulog mo ito sa isang lata, magugulat ka nang makitang ang bote ay nagiging marupok tulad ng papel, at ito ay mababasag sa isang sundot lamang. Bilang karagdagan, ang pagbagsak nito sa mga metal tulad ng tanso at bakal ay nagdudulot din ng ganitong sitwasyon, na maaaring tawaging "metal terminator". Ano ang dahilan ng pagkakaroon nito ng mga ganitong katangian? Ngayon ay papasok tayo sa mundo ng metal gallium.
1, Anong elemento angmetal na gallium
Ang elementong Gallium ay nasa ikaapat na yugto ng pangkat IIIA sa periodic table ng mga elemento. Ang punto ng pagkatunaw ng purong gallium ay napakababa, 29.78 ℃ lamang, ngunit ang punto ng kumukulo ay kasing taas ng 2204.8 ℃. Sa tag-araw, karamihan sa mga ito ay umiiral bilang isang likido at maaaring matunaw kapag inilagay sa palad. Mula sa mga katangian sa itaas, mauunawaan natin na ang gallium ay maaaring mag-corrode ng iba pang mga metal nang tumpak dahil sa mababang punto ng pagkatunaw nito. Ang likidong gallium ay bumubuo ng mga haluang metal kasama ng iba pang mga metal, na siyang mahiwagang kababalaghan na binanggit kanina. Ang nilalaman nito sa crust ng Earth ay halos 0.001% lamang, at ang pagkakaroon nito ay hindi natuklasan hanggang 140 taon na ang nakalilipas. Noong 1871, ibinuod ng Russian chemist na si Mendeleev ang periodic table ng mga elemento at hinulaan na pagkatapos ng zinc, mayroon ding elemento sa ibaba ng aluminyo, na may katulad na mga katangian sa aluminyo at tinatawag na "aluminium like element". Noong 1875, nang pinag-aaralan ng French scientist na si Bowabordland ang mga spectral line laws ng mga elemento ng metal ng parehong pamilya, nakakita siya ng kakaibang light band sa sphalerite (ZnS), kaya natagpuan niya itong "aluminum like element", at pagkatapos ay pinangalanan ito sa kanyang inang bayan. France (Gaul, Latin Gallia), na may simbolong Ga upang kumatawan sa elementong ito, kaya ang gallium ang naging unang elementong hinulaang sa kasaysayan ng pagtuklas ng elemento ng kemikal, at pagkatapos ay natagpuan ang nakumpirmang elemento sa mga eksperimento.
Ang gallium ay pangunahing ipinamamahagi sa China, Germany, France, Australia, Kazakhstan at iba pang mga bansa sa mundo, kung saan ang gallium resource reserves ng China ay nagkakahalaga ng higit sa 95% ng kabuuang mundo, higit sa lahat ay ipinamamahagi sa Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi at iba pang mga lugar [1]. Sa mga tuntunin ng uri ng pamamahagi, ang Shanxi, Shandong at iba pang mga lugar ay pangunahing umiiral sa bauxite, Yunnan at iba pang mga lugar sa tin ore, at ang Hunan at iba pang mga lugar ay pangunahing umiiral sa sphalerite. Sa simula ng pagtuklas ng gallium metal, dahil sa kakulangan ng kaukulang pananaliksik sa aplikasyon nito, ang mga tao ay palaging naniniwala na ito ay isang metal na may mababang kakayahang magamit. Gayunpaman, sa patuloy na pag-unlad ng teknolohiya ng impormasyon at sa panahon ng bagong enerhiya at high-tech, ang gallium metal ay nakatanggap ng pansin bilang isang mahalagang materyal sa larangan ng impormasyon, at ang pangangailangan nito ay tumaas din nang malaki.
2、 Application Fields ng Metal Gallium
1. Larangan ng semiconductor
Pangunahing ginagamit ang gallium sa larangan ng mga materyal na semiconductor, na ang materyal na gallium arsenide (GaAs) ang pinakamalawak na ginagamit at ang teknolohiya ang pinaka-mature. Bilang tagapagdala ng pagpapakalat ng impormasyon, ang mga materyales ng semiconductor ay nagkakaloob ng 80% hanggang 85% ng kabuuang pagkonsumo ng gallium, na pangunahing ginagamit sa wireless na komunikasyon. Maaaring pataasin ng mga power amplifier ng Gallium arsenide ang bilis ng paghahatid ng komunikasyon sa 100 beses kaysa sa mga 4G network, na maaaring magkaroon ng mahalagang papel sa pagpasok sa panahon ng 5G. Bukod dito, ang gallium ay maaaring gamitin bilang isang daluyan ng pagwawaldas ng init sa mga aplikasyon ng semiconductor dahil sa mga katangiang thermal nito, mababang punto ng pagkatunaw, mataas na thermal conductivity, at mahusay na pagganap ng daloy. Ang paglalapat ng gallium metal sa anyo ng isang gallium based na haluang metal sa mga thermal interface na materyales ay maaaring mapabuti ang kakayahan sa pag-alis ng init at kahusayan ng mga elektronikong sangkap.
2. Mga solar cell
Ang pagbuo ng mga solar cell ay napunta mula sa unang bahagi ng monocrystalline silicon solar cells hanggang sa polycrystalline silicon thin film cells. Dahil sa mataas na halaga ng polycrystalline silicon thin film cells, natuklasan ng mga mananaliksik ang copper indium gallium selenium thin film (CIGS) cells sa mga semiconductor na materyales [3]. Ang mga cell ng CIGS ay may mga bentahe ng mababang gastos sa produksyon, malaking batch production, at mataas na photoelectric conversion rate, kaya nagkakaroon ng malawak na prospect ng pag-unlad. Pangalawa, ang mga solar cell ng gallium arsenide ay may makabuluhang mga pakinabang sa kahusayan ng conversion kumpara sa mga manipis na film cell na gawa sa iba pang mga materyales. Gayunpaman, dahil sa mataas na gastos sa produksyon ng mga materyales ng gallium arsenide, ang mga ito ay kasalukuyang pangunahing ginagamit sa aerospace at mga larangan ng militar.
3. Enerhiya ng hydrogen
Sa pagtaas ng kamalayan ng krisis sa enerhiya sa buong mundo, ang mga tao ay naghahangad na palitan ang hindi nababagong mga mapagkukunan ng enerhiya, kung saan ang hydrogen na enerhiya ay namumukod-tangi. Gayunpaman, ang mataas na gastos at mababang kaligtasan ng imbakan at transportasyon ng hydrogen ay humahadlang sa pagbuo ng teknolohiyang ito. Bilang ang pinaka-masaganang elemento ng metal sa crust, ang aluminyo ay maaaring tumugon sa tubig upang makabuo ng hydrogen sa ilalim ng ilang mga kundisyon, na isang perpektong materyal na imbakan ng hydrogen, Gayunpaman, dahil sa madaling oksihenasyon ng ibabaw ng metal na aluminyo upang bumuo ng isang siksik na aluminum oxide film. , na pumipigil sa reaksyon, natuklasan ng mga mananaliksik na ang mababang punto ng pagkatunaw ng metal gallium ay maaaring bumuo ng isang haluang metal na may aluminyo, at ang gallium ay maaaring matunaw ang ibabaw na aluminum oxide coating, na nagpapahintulot sa reaksyon na magpatuloy [4], at ang metal Ang gallium ay maaaring i-recycle at muling gamitin. Ang paggamit ng mga materyales na aluminyo gallium alloy ay lubos na nalulutas ang problema ng mabilis na paghahanda at ligtas na pag-iimbak at transportasyon ng enerhiya ng hydrogen, pagpapabuti ng kaligtasan, ekonomiya, at proteksyon sa kapaligiran.
4. Medikal na larangan
Ang Gallium ay karaniwang ginagamit sa larangang medikal dahil sa mga natatanging katangian ng radiation nito, na maaaring magamit para sa imaging at pagpigil sa mga malignant na tumor. Ang mga compound ng gallium ay may halatang aktibidad na antifungal at antibacterial, at sa huli ay nakakamit ang isterilisasyon sa pamamagitan ng paggambala sa metabolismo ng bacterial. At ang mga gallium alloy ay maaaring gamitin upang gumawa ng mga thermometer, tulad ng gallium indium tin thermometer, isang bagong uri ng likidong metal alloy na ligtas, hindi nakakalason, at environment friendly, at maaaring gamitin upang palitan ang mga nakakalason na mercury thermometer. Bilang karagdagan, ang isang tiyak na proporsyon ng gallium based na haluang metal ay pumapalit sa tradisyonal na pilak na amalgam at ginagamit sa mga klinikal na aplikasyon bilang isang bagong materyal sa pagpuno ng ngipin.
3, Outlook
Bagama't ang Tsina ay isa sa mga pangunahing gumagawa ng gallium sa mundo, marami pa ring problema sa industriya ng gallium ng Tsina. Dahil sa mababang nilalaman ng gallium bilang isang kasamang mineral, ang mga negosyo sa paggawa ng gallium ay nakakalat, at may mga mahinang link sa industriyal na kadena. Ang proseso ng pagmimina ay may malubhang polusyon sa kapaligiran, at ang kapasidad ng produksyon ng high-purity gallium ay medyo mahina, higit sa lahat ay umaasa sa pag-export ng coarse gallium sa mababang presyo at pag-import ng pinong gallium sa mataas na presyo. Gayunpaman, sa pag-unlad ng agham at teknolohiya, ang pagpapabuti ng mga pamantayan ng pamumuhay ng mga tao, at ang malawakang paggamit ng gallium sa larangan ng impormasyon at enerhiya, ang pangangailangan para sa gallium ay mabilis ding tataas. Ang medyo atrasadong teknolohiya ng produksyon ng high-purity gallium ay tiyak na magkakaroon ng mga hadlang sa pag-unlad ng industriya ng China. Ang pagbuo ng mga bagong teknolohiya ay may malaking kahalagahan para sa pagkamit ng mataas na kalidad na pag-unlad ng agham at teknolohiya sa China.
Oras ng post: Mayo-17-2023