Metalni terminator – galij

Postoji vrsta metala koja je vrlo magična.U svakodnevnom životu pojavljuje se u tekućem obliku poput žive.Ispustite li je na limenku, iznenadit ćete se kad otkrijete da boca postaje krhka poput papira i da će se slomiti jednim udarcem.Osim toga, ispuštanje na metale kao što su bakar i željezo također uzrokuje ovu situaciju, koja se može nazvati "metalni terminator".Što uzrokuje takve karakteristike?Danas ćemo ući u svijet metalnog galija.

1、Koji je elementmetalni galij

Element galij nalazi se u četvrtoj periodi IIIA skupine u periodnom sustavu elemenata.Talište čistog galija je vrlo nisko, samo 29,78 ℃, ali je vrelište čak 2204,8 ℃.Ljeti većina postoji kao tekućina i može se otopiti kada se stavi na dlan.Iz navedenih svojstava možemo shvatiti da galij može nagrizati druge metale upravo zbog svoje niske točke tališta.Tekući galij stvara legure s drugim metalima, što je čarobni fenomen koji smo ranije spomenuli.Njegov sadržaj u Zemljinoj kori je samo oko 0,001%, a njegovo postojanje je otkriveno 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 spektralne linije metalnih elemenata iste obitelji, pronašao je čudnu svjetlosnu traku u sfaleritu (ZnS), pa je pronašao taj "element sličan aluminiju", a zatim ga nazvao po svojoj domovini Francuska (Galija, latinski Gallia), sa simbolom Ga za predstavljanje ovog elementa, tako da je galij postao prvi element predviđen u povijesti otkrića kemijskog elementa, a zatim je pronađen potvrđeni element u eksperimentima.

Galij se uglavnom distribuira u Kini, Njemačkoj, Francuskoj, Australiji, Kazahstanu i drugim zemljama u svijetu, od kojih kineske rezerve galija čine više od 95% ukupnih svjetskih rezervi, uglavnom se distribuiraju u Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi i drugim mjestima [1].Što se tiče tipa distribucije, Shanxi, Shandong i druga mjesta uglavnom postoje u boksitu, Yunnan i druga mjesta u rudi kositra, a Hunan i druga mjesta uglavnom postoje u sfaleritu.Na početku otkrića metala galija, zbog nedostatka odgovarajućih istraživanja o njegovoj primjeni, ljudi su oduvijek vjerovali da se radi o metalu niske iskoristivosti.Međutim, s kontinuiranim razvojem informacijske tehnologije i erom nove energije i visoke tehnologije, metalni galij je dobio pozornost kao važan materijal u informacijskom polju, a njegova potražnja također je uvelike porasla.

2、 Područja primjene metalnog galija

1. Polje poluvodiča

Galij se uglavnom koristi u području poluvodičkih materijala, pri čemu je galijev arsenid (GaAs) materijal koji se najviše koristi, a tehnologija je najzrelija.Kao nositelj širenja informacija, poluvodički materijali čine 80% do 85% ukupne potrošnje galija, koji se uglavnom koristi u bežičnoj komunikaciji.Pojačala snage od galijeva arsenida mogu povećati brzinu prijenosa komunikacije do 100 puta veću od one u 4G mrežama, što može igrati važnu ulogu u ulasku u eru 5G.Štoviše, galij se može koristiti kao medij za raspršivanje topline u primjenama poluvodiča zbog svojih toplinskih karakteristika, niske točke taljenja, visoke toplinske vodljivosti i dobrog protoka.Primjena metalnog galija u obliku legure na bazi galija u materijalima toplinskog sučelja može poboljšati sposobnost rasipanja topline i učinkovitost elektroničkih komponenti.

2. Solarne ćelije

Razvoj solarnih ćelija krenuo je od ranih monokristalnih silikonskih solarnih ćelija do polikristalnih silikonskih tankoslojnih ćelija.Zbog visoke cijene tankoslojnih ćelija polikristalnog silicija, istraživači su otkrili tankoslojne ćelije bakar indija galija selena (CIGS) u poluvodičkim materijalima [3].CIGS ćelije imaju prednosti niskih troškova proizvodnje, velike serijske proizvodnje i visoke stope fotoelektrične pretvorbe, stoga imaju široke izglede za razvoj.Drugo, solarne ćelije galijevog arsenida imaju značajne prednosti u učinkovitosti pretvorbe u usporedbi s tankoslojnim ćelijama izrađenim od drugih materijala.Međutim, zbog visokih troškova proizvodnje materijala galijevog arsenida, oni se trenutno uglavnom koriste u zrakoplovstvu i vojnim poljima.

3. Energija vodika

Uz sve veću svijest o energetskoj krizi u cijelom svijetu, ljudi traže zamjenu neobnovljivih izvora energije, od kojih se ističe energija vodika.Međutim, visoka cijena i niska sigurnost skladištenja i transporta vodika koče razvoj ove tehnologije.Kao najzastupljeniji metalni element u kori, aluminij može reagirati s vodom i proizvesti vodik pod određenim uvjetima, što je idealan materijal za skladištenje vodika. Međutim, zbog lake oksidacije površine metala aluminija stvara se gusti film aluminijevog oksida , koji inhibira reakciju, istraživači su otkrili da metalni galij s niskim talištem može tvoriti leguru s aluminijem, a galij može otopiti površinsku prevlaku od aluminijevog oksida, dopuštajući odvijanje reakcije [4], a metalni galij može se reciklirati i ponovno upotrijebiti .Korištenje materijala od legure aluminij galija uvelike rješava problem brze pripreme i sigurnog skladištenja i transporta vodikove energije, poboljšavajući sigurnost, ekonomičnost i zaštitu okoliša.

4. Medicinsko polje

Galij se često koristi u medicini zbog svojih jedinstvenih svojstava zračenja, koja se mogu koristiti za oslikavanje i inhibiciju malignih tumora.Galijevi spojevi imaju očito protugljivično i antibakterijsko djelovanje, te u konačnici postižu sterilizaciju ometanjem bakterijskog metabolizma.I legure galija mogu se koristiti za izradu termometara, kao što su galij indij kositreni termometri, nova vrsta legure tekućeg metala koja je sigurna, netoksična i ekološki prihvatljiva, a može se koristiti za zamjenu otrovnih 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、 Outlook

Iako je Kina jedan od glavnih proizvođača galija u svijetu, još uvijek postoje mnogi problemi u kineskoj industriji galija.Zbog niskog sadržaja galija kao pratećeg minerala, poduzeća za proizvodnju galija su raštrkana, a postoje i slabe karike u industrijskom lancu.Proces rudarenja ozbiljno zagađuje okoliš, a kapacitet proizvodnje galija visoke čistoće relativno je slab, uglavnom se oslanja 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 informatičkom i energetskom području, potražnja za galijem također će brzo rasti.Relativno zaostala tehnologija proizvodnje galija visoke čistoće neizbježno će imati ograničenja za kineski industrijski razvoj.Razvoj novih tehnologija od velikog je značaja za postizanje kvalitetnog razvoja znanosti i tehnologije u Kini.