A kisebb fénnyel, amely segíti a LED-ek világítását ragyog
Tulajdonságok:
- Atomi szimbólum: Ga
- Atomszám: 31
- Elem kategória: Post-transition metal
- Sűrűség: 5,91 g / cm3 (73 ° F / 23 ° C-on)
- Olvadáspont: 85,58 ° C (29,76 ° C)
- Forráspont: 3999 ° F (2204 ° C)
- Moh keménysége: 1.5
Jellemzők:
A tiszta gallium ezüstfehér, és olvadt hőmérsékleten (29,4 ° C).
A fém olvadt állapotban marad közel 4000 ° F (2204 ° C-ig), így az összes fémelem legnagyobb folyadéktartománya.
A gallium egyike azon kevés fémek közül, amelyek kibővülnek, miközben lehűl, és a térfogat csaknem 3% -kal nő.
Bár a gallium könnyedén ötvözi más fémekkel, korrodáló , a fémek rácsába diffundál, és a legtöbb fémet gyengíti. Alacsony olvadáspontja azonban bizonyos alacsony olvadék-ötvözetekben hasznos.
A higany , amely szobahőmérsékleten is folyékony, a gallium mind a bőrt, mind az üveget nedvesíti, ami nehezebbé teszi a kezelést. A gallium nem olyan mérgező, mint a higany.
Történelem:
A Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran 1875-ben felfedezte a sphalerite ércek vizsgálata során a galliumot a 20. század második felétől a kereskedelmi alkalmazásokban.
A gallium kevéssé használható szerkezeti fémként, de számos modern elektronikai eszközben rejlő értéke nem mérhető.
A gallium kereskedelmi felhasználásai az 1950-es évek elején kezdődő, a fénykibocsátó diódák (LED) és a III-V rádiófrekvenciás (RF) félvezető technológiák kezdeti kutatásán alapulnak.
1962-ben az IBM fizikus, JB Gunn a gallium-arzénből (GaAs) végzett kutatásai a félvezető szilárd anyagokon keresztül áramló elektromos áram magas frekvenciájú oszcillációját fedezték fel - ez az úgynevezett "Gunn Effect". Ez az áttörés lehetővé tette a korai katonai detektorok Gunn-diódák (más néven transzfer elektronok) használatát, amelyeket azóta különféle automatizált eszközökben használnak, az autóradar detektoroktól és a jelvezérlőkről a nedvességtartalom-érzékelőkre és a riasztókra.
A GaA-ra épülő első LED-ek és lézerek az 1960-as évek elején készültek az RCA, a GE és az IBM által.
Kezdetben a LED-ek csak láthatatlan infravörös fényhullámokat állítottak elő, korlátozva a fényeket az érzékelőkre és a fotóelektronikai alkalmazásokra. De energiatakarékos, kompakt fényforrásokként való lehetősége nyilvánvaló volt.
Az 1960-as évek elején a Texas Instruments kereskedelmi forgalomba hozta a LED-eket. Az 1970-es években a korai digitális megjelenítő rendszerek, amelyeket órákban és számológépekben használták, hamarosan LED-es háttérvilágítással fejlesztették ki.
Az 1970-es és 80-as években végzett további kutatás eredményesebb lerakódási technikákat eredményezett, így a LED technológia megbízhatóbbá és költséghatékonyabbá vált. A gallium-alumínium-arzén (GaAlAs) félvezető vegyületek kifejlesztése olyan LED-eket eredményezett, amelyek tízszer erősebbek voltak a korábbiaknál, míg a LED-ekhez rendelkezésre álló színspektrum új, galliumtartalmú félvezető szubsztrátumok, például indium gallium-nitrid (InGaN), gallium-arzén-foszfid (GaAsP) és gallium-foszfid (GaP).
Az 1960-as évek vége felé a GaAs vezető tulajdonságait az űrkutatás napenergia-források részeként kutatták. 1970-ben egy szovjet kutatócsoport hozta létre az első GaAs heterostruktúrájú napelemeket.
Az optoelektronikus eszközök és az integrált áramkörök (IC) gyártásához kritikus, a GaAs ostyák iránti kereslet az 1990-es évek végén és a 21. század elején növekedett a mobil kommunikáció és az alternatív energiatechnológiák fejlesztésével összefüggésben.
Nem meglepő, hogy ennek a növekvő igénynek megfelelően 2000 és 2011 között a globális elsődleges galliumtermelés több mint kétszerese a 100 tonnáról (MT) évi 300 millió tonnára.
Termelés:
A földkéreg átlagos galliumtartalma körülbelül 15 milliomod részre becsülhető, nagyjából hasonló a lítiumhoz és sokkal gyakoribb, mint az ólom . A fém azonban széles körben diszpergálódott és jelen van néhány gazdaságilag extrahálható ércben.
Az összes primer gallium 90% -át jelenleg alumínium-oxid (Al2O3) alumínium prekurzora alatt bauxitból extrahálják.
Kis mennyiségű gallium keletkezik cinkkivonás mellékterméként a sphalerite-érc finomítása során.
Az alumínium-oxid alumínium-oxid finomításának Bayer folyamata során a zúzott ércet nátrium-hidroxid (NaOH) forró oldatával mossuk. Ez az alumínium-oxidot nátrium-aluminátká alakítja, amely tartályokban ülepszik, míg a galliumot tartalmazó nátrium-hidroxid-oldatot újra felhasználják.
Mivel ez a folyadék újrahasznosodik, a galliumtartalom mindegyik ciklus után növekszik, amíg eléri a körülbelül 100-125 ppm értéket. Az elegyet ezután elvezethetjük, és galláttal kezelhetjük oldószeres extrakcióval szerves kelátképző szerek alkalmazásával.
A 104-140 ° C-os (40-60 ° C) hőmérsékletű elektrolitikus fürdőben a nátrium-gallát szennyezett galliumgá alakul át. Savas mosás után ezt porózus kerámia vagy üveglapokon átszűrjük, hogy 99,9-99,99% gallium-fémet hozzunk létre.
99,99% a GaAs alkalmazások standard előminősége, de az új felhasználásokhoz nagyobb tisztaságra van szükség, amit a fém vákuumban történő fűtése révén lehet elérni az illékony elemek eltávolítása vagy az elektrokémiai tisztítás és a frakcionált kristályosítási módszerek alkalmazásával.
Az elmúlt évtizedben a világ elsődleges galliumtermelésének nagy része Kínába költözött, amely jelenleg a világ galliumának mintegy 70% -át adja. Más elsődleges termelő országok közé tartozik Ukrajna és Kazahsztán.
Az éves galliumtermelés mintegy 30% -át nyersanyagból és újrahasznosítható anyagokból, például GaAs-tartalmú IC-ostyákból nyerik ki. A legtöbb gallium újrahasznosítás Japánban, Észak-Amerikában és Európában történik.
Az US Geological Survey szerint 2011-ben 310MT finomított galliumot állítottak elő.
A világ legnagyobb gyártói közé tartozik a Zhuhai Fangyuan, a Beijing Jiya Semiconductor Materials és a Recapture Metals Ltd.
Alkalmazások:
Amikor az ötvözött gallium hajlamos corrodálásra, vagy olyan fémeket, mint az acél törékeny. Ez a tulajdonság, valamint rendkívül alacsony olvadási hőmérséklete azt jelenti, hogy a gallium kevéssé alkalmazható a szerkezeti alkalmazásokban.
Fém formájában a galliumot forraszanyagokban és alacsony olvadékötvözetekben használják, mint például a Galinstan® , de leggyakrabban félvezető anyagokban találhatók.
A Gallium fő alkalmazási területei öt csoportba sorolhatók:
1. Félvezetők: Az éves galliumfelhasználás mintegy 70% -áért felelősek, a GaAs ostyák számos modern elektronikus eszköz, például okostelefonok és egyéb vezeték nélküli kommunikációs eszközök gerincét képezik, amelyek a GaAs IC-k energiatakarékos és erősítő képességére támaszkodnak.
2. Fénykibocsátó diódák (LED): 2010 óta a LED-szektorból származó gallium globális kereslete kétszeresére nőtt, mivel a nagy fényerejű LED-eket mobil és síkképernyős kijelzőn használják. A nagyobb fokú energiahatékonyság felé vezető globális lépés kormányzati támogatást nyújtott a LED-es világításnak az izzólámpák és a kompakt fénycsövek használatánál.
3. Napenergia: A Gallium napenergia-alkalmazásokban történő felhasználása két technológia középpontjában áll:
- GaAs koncentrátor napelemek
- Kadmium-indium-gallium-szelenid (CIGS) vékony filmes napelemek
Nagy hatásfokú fotovoltaikus cellákként mindkét technológia sikeresnek bizonyult speciális alkalmazásokban, különösen az űrkutatással és a katonasággal kapcsolatban, de továbbra is akadályozza a nagy kereskedelmi felhasználást.
4. Mágneses anyagok: A nagy szilárdságú, állandó mágnesek kulcsfontosságú elemei a számítógépeknek, hibridautóknak, szélturbináknak és más elektronikus és automatizált berendezéseknek. Néhány állandó mágnesben kis gálium-adalékokat használnak, beleértve a neodímium- vas- bór (NdFeB) mágneseket.
5. Egyéb alkalmazások:
- Speciális ötvözetek és forraszanyagok
- Nedvesítő tükrök
- Plutónium, mint nukleáris stabilizátor
- Nikkel - mangán - gallium alakú memóriaötvözet
- Ásványolaj katalizátor
- Biomedicinális alkalmazások, ideértve a gyógyszereket (gallium-nitrát)
- foszforvegyületek
- Neutrin detektálás
Forrás:
Softpedia. A LED-ek (fénykibocsátó diódák) története.
Forrás: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Alumínium kémia, gallium, indium és tallium". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V Félvezetők, történelem RF alkalmazásokban". ECS Trans . 2009, 19. kötet, 3. kiadás, 79-84. Oldal.
Schubert, E. Fred. Fénykibocsátó diódák . Rensselaer Polytechnic Institute, New York. 2003. május.
USGS. Ásványi árucikkek összefoglalása: Gallium.
Forrás: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM jelentés. Anyagtermék-fémek: az alumínium-gálium kapcsolat .
URL: www.strategic-metal.typepad.com