Kovový Terminátor – Gálium

Existuje druh kovu, ktorý je veľmi magický.V každodennom živote sa objavuje v tekutej forme ako ortuť.Ak ju pustíte na plechovku, budete prekvapení, keď zistíte, že fľaša sa stáva krehkou ako papier a rozbije sa iba šťuknutím.Navyše, kvapkanie na kovy, ako je meď a železo, tiež spôsobuje túto situáciu, ktorú možno nazvať „kovový terminátor“.Čo spôsobuje, že má takéto vlastnosti?Dnes vstúpime do sveta kovového gália.

1, Čo je to prvokkov gália

Prvok gálium je vo štvrtej perióde IIIA skupiny v periodickej tabuľke prvkov.Teplota topenia čistého gália je veľmi nízka, iba 29,78 ℃, ale bod varu je až 2204,8 ℃.V lete väčšina z nich existuje ako kvapalina a po vložení do dlane sa dá roztaviť.Z vyššie uvedených vlastností môžeme pochopiť, že gálium môže korodovať iné kovy práve pre svoj nízky bod topenia.Kvapalné gálium tvorí zliatiny s inými kovmi, čo je magický jav spomenutý vyššie.Jeho obsah v zemskej kôre je len asi 0,001 % a jeho existencia bola objavená až pred 140 rokmi.V roku 1871 ruský chemik Mendelejev zhrnul periodickú tabuľku prvkov a predpovedal, že po zinku sa pod hliníkom nachádza aj prvok, ktorý má podobné vlastnosti ako hliník a nazýva sa „prvok podobný hliníku“.V roku 1875, keď francúzsky vedec Bowabordland študoval zákony spektrálnych čiar kovových prvkov tej istej rodiny, našiel v sfalerite (ZnS) zvláštny svetelný pás, a tak našiel tento „prvok podobný hliníku“ a potom ho pomenoval po svojej vlasti. Francúzsko (Gaul, latinsky Gallia), so symbolom Ga reprezentujúcim tento prvok, takže gálium sa stalo prvým prvkom predpovedaným v histórii objavovania chemických prvkov a potom sa v experimentoch našiel potvrdený prvok.

Gálium sa distribuuje hlavne v Číne, Nemecku, Francúzsku, Austrálii, Kazachstane a ďalších krajinách sveta, z ktorých zásoby čínskych zdrojov gália tvoria viac ako 95 % svetového celku, distribuované najmä v Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi a ďalšie miesta [1].Pokiaľ ide o typ distribúcie, Shanxi, Shandong a ďalšie miesta existujú hlavne v bauxite, Yunnan a ďalšie miesta v cínovej rude a Hunan a ďalšie miesta existujú hlavne v sfalerite.Na začiatku objavu kovu gália, kvôli nedostatku zodpovedajúceho výskumu jeho aplikácie, ľudia vždy verili, že ide o kov s nízkou využiteľnosťou.Avšak s neustálym rozvojom informačných technológií a érou novej energie a špičkových technológií sa gáliu dostalo pozornosti ako dôležitému materiálu v informačnej oblasti a jeho dopyt sa tiež výrazne zvýšil.

2、 Oblasti použitia kovového gália

1. Polovodičové pole

Gálium sa používa hlavne v oblasti polovodičových materiálov, pričom materiál arzenidu gália (GaAs) je najpoužívanejší a technológia je najvyspelejšia.Ako nosič šírenia informácií tvoria polovodičové materiály 80 % až 85 % celkovej spotreby gália, ktoré sa používa najmä v bezdrôtovej komunikácii.Výkonové zosilňovače arzenidu gália môžu zvýšiť rýchlosť prenosu komunikácie na 100-násobok rýchlosti sietí 4G, čo môže zohrávať dôležitú úlohu pri vstupe do éry 5G.Okrem toho môže byť gálium použité ako médium na rozptyl tepla v polovodičových aplikáciách kvôli jeho tepelným charakteristikám, nízkej teplote topenia, vysokej tepelnej vodivosti a dobrému prietokovému výkonu.Aplikácia kovu gália vo forme zliatiny na báze gália v materiáloch tepelného rozhrania môže zlepšiť schopnosť odvádzať teplo a účinnosť elektronických komponentov.

2. Solárne články

Vývoj solárnych článkov prešiel od skorých monokryštalických kremíkových solárnych článkov k polykryštalickým kremíkovým tenkovrstvovým článkom.Kvôli vysokým nákladom na tenkovrstvové články z polykryštalického kremíka objavili výskumníci v polovodičových materiáloch články s tenkým filmom medi a india a gália selénom (CIGS) [3].Články CIGS majú výhody nízkych výrobných nákladov, veľkosériovej výroby a vysokej miery fotoelektrickej konverzie, takže majú široké vyhliadky na vývoj.Po druhé, solárne články z arzenidu gália majú významné výhody v účinnosti konverzie v porovnaní s tenkovrstvovými článkami vyrobenými z iných materiálov.Vzhľadom na vysoké výrobné náklady materiálov arzenidu gália sa však v súčasnosti používajú najmä v kozmickom a vojenskom priemysle.

3. Energia vodíka

S rastúcim povedomím o energetickej kríze na celom svete sa ľudia snažia nahradiť neobnoviteľné zdroje energie, z ktorých vyniká vodíková energia.Vysoké náklady a nízka bezpečnosť skladovania a prepravy vodíka však bránia rozvoju tejto technológie.Ako najrozšírenejší kovový prvok v kôre môže hliník za určitých podmienok reagovať s vodou za vzniku vodíka, čo je ideálny materiál na skladovanie vodíka, avšak vzhľadom na ľahkú oxidáciu povrchu kovového hliníka za vzniku hustého filmu oxidu hlinitého , ktorá inhibuje reakciu, vedci zistili, že kovové gálium s nízkou teplotou topenia môže tvoriť zliatinu s hliníkom a gálium môže rozpustiť povrchovú vrstvu oxidu hlinitého, čo umožňuje priebeh reakcie [4] a kovové gálium sa môže recyklovať a znovu použiť. .Použitie materiálov zliatiny hliníka a gália výrazne rieši problém rýchlej prípravy a bezpečného skladovania a prepravy vodíkovej energie, zlepšuje bezpečnosť, hospodárnosť a ochranu životného prostredia.

4. Lekárska oblasť

Gálium sa bežne používa v lekárskej oblasti vďaka svojim jedinečným radiačným vlastnostiam, ktoré možno použiť na zobrazovanie a inhibíciu malígnych nádorov.Zlúčeniny gália majú zjavné protiplesňové a antibakteriálne účinky a v konečnom dôsledku dosahujú sterilizáciu zásahom do metabolizmu baktérií.A zliatiny gália môžu byť použité na výrobu teplomerov, ako sú gálium-indium cínové teplomery, nový typ zliatiny tekutých kovov, ktorý je bezpečný, netoxický a šetrný k životnému prostrediu a môže byť použitý ako náhrada za toxické ortuťové teplomery.Okrem toho určitý podiel zliatiny na báze gália nahrádza tradičný strieborný amalgám a používa sa v klinických aplikáciách ako nový dentálny výplňový materiál.

3, Outlook

Hoci je Čína jedným z hlavných producentov gália na svete, v čínskom gálium priemysle stále existuje veľa problémov.Vzhľadom na nízky obsah gália ako sprievodného minerálu sú podniky na výrobu gália rozptýlené a v priemyselnom reťazci existujú slabé články.Proces ťažby má vážne znečistenie životného prostredia a výrobná kapacita vysoko čistého gália je relatívne slabá, pričom sa spolieha najmä na vývoz hrubého gália za nízke ceny a dovoz rafinovaného gália za vysoké ceny.S rozvojom vedy a techniky, zlepšovaním životnej úrovne ľudí a rozšíreným používaním gália v oblasti informácií a energetiky sa však rapídne zvýši aj dopyt po gáliu.Relatívne zaostalá technológia výroby vysoko čistého gália bude nevyhnutne obmedzovať priemyselný rozvoj Číny.Rozvoj nových technológií má veľký význam pre dosiahnutie kvalitného rozvoja vedy a techniky v Číne.