Postoji vrsta metala koja je vrlo magična. U svakodnevnom životu pojavljuje se u tekućem obliku poput žive. Ako ga ispustite na limenku, iznenadit ćete se kada otkrijete da boca postaje krhka poput papira i slomi se samo jednim ubodom. Osim toga, ispuštanje na metale poput bakra i željeza također uzrokuje ovu situaciju, koja se može nazvati "metalni terminator". Što uzrokuje takve karakteristike? Danas ćemo ući u svijet metala galija.
1. Koji je elementmetal galij
Element galij nalazi se u četvrtoj periodi IIIA skupine u periodnom sustavu elemenata. Talište čistog galija je vrlo nisko, samo 29,78 ℃, ali vrelište mu je čak 2204,8 ℃. Ljeti se većina nalazi u tekućem stanju i može se rastopiti kada se stavi u dlan. Iz gore navedenih svojstava možemo shvatiti da galij može nagrizati druge metale upravo zbog svoje niske točke taljenja. Tekući galij tvori legure s drugim metalima, što je taj magični fenomen spomenut ranije. Njegov sadržaj u Zemljinoj kori je samo oko 0,001%, a njegovo postojanje otkriveno je tek prije 140 godina. Godine 1871. ruski kemičar Mendeljejev sažeo je periodni sustav elemenata i predvidio da nakon cinka postoji i element ispod aluminija, koji ima slična svojstva kao aluminij i naziva se "element sličan aluminiju". Godine 1875., kada je francuski znanstvenik Bowabordland proučavao zakone spektralnih linija metalnih elemenata iste porodice, otkrio je neobičan svijetli pojas u sfaleritu (ZnS), pa je pronašao ovaj „element sličan aluminiju“, a zatim ga nazvao po svojoj domovini Francuskoj (Galija, latinski Gallia), sa simbolom Ga za predstavljanje ovog elementa, pa je galij postao prvi element predviđen u povijesti otkrivanja kemijskih elemenata, a zatim je pronađen i potvrđeni element u eksperimentima.
Galij je uglavnom rasprostranjen u Kini, Njemačkoj, Francuskoj, Australiji, Kazahstanu i drugim zemljama svijeta, od čega kineske rezerve galija čine više od 95% svjetskih rezervi, uglavnom rasprostranjene u Shanxiju, Guizhouu, Yunnanu, Henanu, Guangxiju i drugim mjestima [1]. Što se tiče vrste rasprostranjenosti, Shanxi, Shandong i druga mjesta uglavnom se nalaze u boksitu, Yunnan i druga mjesta u kositrenoj rudi, a Hunan i druga mjesta uglavnom u sfaleritu. Na početku otkrića metala galija, zbog nedostatka odgovarajućih istraživanja o njegovoj primjeni, ljudi su oduvijek vjerovali da je to metal niske upotrebljivosti. Međutim, s kontinuiranim razvojem informacijske tehnologije i erom nove energije i visoke tehnologije, metal galija privukao je pozornost kao važan materijal u informacijskom području, a njegova potražnja također je uvelike porasla.
2. Područja primjene metalnog galija
1. Poluvodičko polje
Galij se uglavnom koristi u području poluvodičkih materijala, pri čemu je galij arsenid (GaAs) materijal najčešće korišten, a tehnologija najzrelija. Kao nositelj širenja informacija, poluvodički materijali čine 80% do 85% ukupne potrošnje galija, a uglavnom se koristi u bežičnoj komunikaciji. Pojačala snage s galij arsenidom mogu povećati brzinu prijenosa komunikacije do 100 puta veću od 4G mreža, što može igrati važnu ulogu u ulasku u 5G eru. Štoviše, galij se može koristiti kao medij za odvođenje topline u poluvodičkim primjenama zbog svojih toplinskih karakteristika, niske točke taljenja, visoke toplinske vodljivosti i dobrih svojstava protoka. Primjena metala galija u obliku legure na bazi galija u toplinskim međufaznim materijalima može poboljšati sposobnost odvođenja topline i učinkovitost elektroničkih komponenti.
2. Solarne ćelije
Razvoj solarnih ćelija prošao je put od ranih monokristalnih silicijskih solarnih ćelija do polikristalnih silicijskih tankoslojnih ćelija. Zbog visoke cijene polikristalnih silicijskih tankoslojnih ćelija, istraživači su otkrili ćelije tankog filma bakra, indija, galija, selena (CIGS) u poluvodičkim materijalima [3]. CIGS ćelije imaju prednosti niskih troškova proizvodnje, velike serijske proizvodnje i visoke stope fotoelektrične pretvorbe, što im daje široke mogućnosti razvoja. Drugo, solarne ćelije od galij arsenida imaju značajne prednosti u učinkovitosti pretvorbe u usporedbi s tankoslojnim ćelijama izrađenim od drugih materijala. Međutim, zbog visokih troškova proizvodnje materijala od galij arsenida, trenutno se uglavnom koriste u zrakoplovnoj i vojnoj industriji.
3. Energija vodika
S rastućom sviješću o energetskoj krizi diljem svijeta, ljudi nastoje zamijeniti neobnovljive izvore energije, među kojima se ističe vodikova energija. Međutim, visoki troškovi i niska sigurnost skladištenja i transporta vodika ometaju razvoj ove tehnologije. Kao najzastupljeniji metalni element u Zemljinoj kori, aluminij može reagirati s vodom i proizvoditi vodik pod određenim uvjetima, što je idealan materijal za skladištenje vodika. Međutim, zbog lake oksidacije površine metala aluminija stvarajući gusti film aluminijevog oksida, koji inhibira reakciju, istraživači su otkrili da metal galij s niskom točkom taljenja može formirati leguru s aluminijem, a galij može otopiti površinski premaz aluminijevog oksida, omogućujući nastavak reakcije [4], a metal galij se može reciklirati i ponovno upotrijebiti. Korištenje aluminijevo-galijevih legura uvelike rješava problem brze pripreme i sigurnog skladištenja i transporta vodikove energije, poboljšavajući sigurnost, ekonomičnost i zaštitu okoliša.
4. Medicinsko područje
Galij se često koristi u medicini zbog svojih jedinstvenih svojstava zračenja, koja se mogu koristiti za snimanje i inhibiciju malignih tumora. Spojevi galija imaju očita antifungalna i antibakterijska djelovanja te u konačnici postižu sterilizaciju ometanjem bakterijskog metabolizma. A legure galija mogu se koristiti za izradu termometara, poput galij-indij-kositrenih termometara, nove vrste tekuće metalne legure koja je sigurna, netoksična i ekološki prihvatljiva, te se može koristiti za zamjenu toksičnih živinih termometara. Osim toga, određeni udio legure na bazi galija zamjenjuje tradicionalni srebrni amalgam i koristi se u kliničkim primjenama kao novi materijal za zubne ispune.
3. Izgledi
Iako je Kina jedan od glavnih proizvođača galija u svijetu, u kineskoj industriji galija još uvijek postoje mnogi problemi. Zbog niskog sadržaja galija kao pratećeg minerala, poduzeća za proizvodnju galija su raspršena, a u industrijskom lancu postoje slabe karike. Proces rudarenja ima ozbiljno onečišćenje okoliša, a proizvodni kapacitet galija visoke čistoće relativno je slab, uglavnom se oslanjajući na izvoz grubog galija po niskim cijenama i uvoz rafiniranog galija po visokim cijenama. Međutim, s razvojem znanosti i tehnologije, poboljšanjem životnog standarda ljudi i širokom primjenom galija u područjima informacija i energetike, potražnja za galijem također će se brzo povećati. Relativno zaostala tehnologija proizvodnje galija visoke čistoće neizbježno će imati ograničenja za industrijski razvoj Kine. Razvoj novih tehnologija od velikog je značaja za postizanje visokokvalitetnog razvoja znanosti i tehnologije u Kini.
Vrijeme objave: 17. svibnja 2023.