Létezik egy nagyon varázslatos fémfajta. A mindennapi életben folyékony formában jelenik meg, mint a higany. Ha egy konzervdobozra ejtjük, meglepődve tapasztaljuk, hogy az üveg olyan törékennyé válik, mint a papír, és egyetlen döfés hatására eltörik. Ezenkívül, ha olyan fémekre, mint a réz és a vas, akkor is ezt a helyzetet okozza, amelyet „fémterminátornak” nevezhetünk. Mi okozza ezeket a tulajdonságokat? Ma a gallium fém világába lépünk be.
1, Melyik elem azgalliumfém
A gallium az elemek periódusos rendszerében a negyedik periódusú IIIA csoportban található. A tiszta gallium olvadáspontja nagyon alacsony, mindössze 29,78 ℃, de a forráspontja akár 2204,8 ℃ is lehet. Nyáron nagy része folyékony halmazállapotú, és tenyérbe helyezve megolvasztható. A fenti tulajdonságokból megérthetjük, hogy a gallium pontosan alacsony olvadáspontja miatt képes korrodálni más fémeket. A folyékony gallium ötvözeteket képez más fémekkel, ami a korábban említett varázslatos jelenség. A földkéregben a gallium tartalma mindössze 0,001%, és létezését csak 140 évvel ezelőtt fedezték fel. 1871-ben Mengyelejev orosz kémikus összefoglalta az elemek periódusos rendszerét, és azt jósolta, hogy a cink után az alumínium alatt van egy elem is, amely hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint az alumínium, és amelyet „alumíniumszerű elemnek” neveznek. 1875-ben, amikor a francia tudós, Bowabordland, az azonos családba tartozó fémek színképvonal-törvényeit vizsgálta, egy furcsa fénysávot talált a szfaleritben (ZnS). Megtalálta ezt az „alumíniumszerű elemet”, majd hazája, Franciaország (Gallia, latinul Gallia) után elnevezte, a Ga szimbólummal jelölve ezt az elemet. Így a gallium lett az első elem, amelynek létezését a kémiai elemek felfedezésének történetében előre jelezték, majd kísérletekkel megerősítették.
A gallium főként Kínában, Németországban, Franciaországban, Ausztráliában, Kazahsztánban és a világ más országaiban található, amelyek közül Kína galliumkészleteinek több mint 95%-át teszi ki, főként Sanhsziban, Guizhouban, Jünnanban, Honanban, Guangxiban és más helyeken [1]. Az elterjedés típusát tekintve Sanhsziban, Shandongban és más helyeken főként bauxit, Jünnanban és más helyeken ónérc, Hunanban és más helyeken pedig főként szfalerit található. A galliumfém felfedezésének kezdetén, az alkalmazására vonatkozó megfelelő kutatások hiánya miatt, az emberek mindig is úgy gondolták, hogy ez egy nehezen felhasználható fém. Az információs technológia folyamatos fejlődésével és az új energiák és a high-tech korszakával azonban a galliumfém fontos anyagként kapott figyelmet az információs területen, és a kereslete is jelentősen megnőtt.
2. A gallium fém alkalmazási területei
1. Félvezető mező
A galliumot főként félvezető anyagok területén használják, amelyek közül a gallium-arzenid (GaAs) a legelterjedtebb, és a technológia a legfejlettebb. Az információterjesztés hordozójaként a félvezető anyagok a gallium teljes fogyasztásának 80-85%-át teszik ki, amelyet főként a vezeték nélküli kommunikációban használnak. A gallium-arzenid teljesítményerősítők a kommunikációs átviteli sebességet akár 100-szorosára is növelhetik a 4G hálózatok sebességéhez képest, ami fontos szerepet játszhat az 5G korszakba való belépésben. Ezenkívül a gallium hőelvezető közegként is használható félvezető alkalmazásokban hőtulajdonságai, alacsony olvadáspontja, magas hővezető képessége és jó áramlási teljesítménye miatt. A galliumfém gallium alapú ötvözet formájában történő alkalmazása hővezető anyagokban javíthatja az elektronikus alkatrészek hőelvezető képességét és hatékonyságát.
2. Napelemek
A napelemek fejlesztése a korai monokristályos szilícium napelemektől a polikristályos szilícium vékonyréteg-cellákig terjedt. A polikristályos szilícium vékonyréteg-cellák magas költsége miatt a kutatók réz-indium-gallium-szelén vékonyréteg-cellákat (CIGS) fedeztek fel félvezető anyagokban [3]. A CIGS cellák előnyei az alacsony gyártási költségek, a nagy tételben történő gyártás és a magas fotoelektromos konverziós arány, így széleskörű fejlesztési kilátásokkal rendelkeznek. Másodszor, a gallium-arzenid napelemek jelentős előnyökkel rendelkeznek a konverziós hatékonyság terén a más anyagokból készült vékonyréteg-cellákhoz képest. A gallium-arzenid anyagok magas gyártási költségei miatt azonban jelenleg főként a repülőgépiparban és a katonai területen használják őket.
3. Hidrogénenergia
Az energiaválság világszerte tapasztalható egyre növekvő tudatosságával az emberek a nem megújuló energiaforrások helyettesítésére törekszenek, amelyek közül a hidrogénenergia kiemelkedik. A hidrogéntárolás és -szállítás magas költsége és alacsony biztonsága azonban akadályozza ennek a technológiának a fejlődését. Mivel az alumínium a kéregben leggyakoribb fémes elem, bizonyos körülmények között vízzel reagálva hidrogént termel, ami ideális hidrogéntároló anyag. Azonban az alumínium fém felületének könnyű oxidációja miatt sűrű alumínium-oxid filmet képez, ami gátolja a reakciót, a kutatók azt találták, hogy az alacsony olvadáspontú gallium fém ötvözetet képezhet az alumíniummal, és a gallium feloldhatja a felületi alumínium-oxid bevonatot, lehetővé téve a reakció lefolyását [4], és a gallium fém újrahasznosítható és újra felhasználható. Az alumínium-galliumötvözetből készült anyagok használata nagymértékben megoldja a hidrogénenergia gyors előkészítésének, biztonságos tárolásának és szállításának problémáját, javítva a biztonságot, a gazdaságosságot és a környezetvédelmet.
4. Orvosi terület
A galliumot széles körben használják az orvostudományban egyedi sugárzási tulajdonságai miatt, amelyek felhasználhatók rosszindulatú daganatok képalkotására és gátlására. A galliumvegyületek nyilvánvaló gombaellenes és antibakteriális hatással rendelkeznek, és végső soron a baktériumok anyagcseréjének megzavarásával érik el a sterilizálást. A galliumötvözetek felhasználhatók hőmérők, például gallium-indium-ón hőmérők gyártására, amelyek egy új típusú folyékony fémötvözet, amely biztonságos, nem mérgező és környezetbarát, és a mérgező higanyos hőmérők helyettesítésére használható. Ezenkívül a gallium alapú ötvözet bizonyos aránya helyettesíti a hagyományos ezüstamalgámot, és klinikai alkalmazásokban új fogászati tömőanyagként használják.
3. Kilátások
Bár Kína a világ egyik fő galliumtermelője, Kína galliumiparában még mindig számos probléma van. A gallium, mint kísérőásvány alacsony tartalma miatt a galliumtermelő vállalkozások szétszórtak, és gyenge láncszemek vannak az ipari láncban. A bányászati folyamat súlyos környezetszennyezéssel jár, és a nagy tisztaságú gallium termelési kapacitása viszonylag gyenge, főként a durva gallium alacsony árú exportjára és a finomított gallium magas árú importjára támaszkodik. A tudomány és a technológia fejlődésével, az emberek életszínvonalának javulásával és a gallium széles körű alkalmazásával az információs és energetikai területeken azonban a gallium iránti kereslet is gyorsan növekedni fog. A nagy tisztaságú gallium viszonylag elmaradott termelési technológiája elkerülhetetlenül korlátozza Kína ipari fejlődését. Az új technológiák fejlesztése nagy jelentőséggel bír a kínai tudomány és technológia magas színvonalú fejlődésének elérése szempontjából.
Közzététel ideje: 2023. május 17.