Van egyfajta fém, ami nagyon varázslatos.A mindennapi életben folyékony formában jelenik meg, mint a higany.Ha egy konzervdobozra ejti, meglepődve tapasztalja, hogy az üveg olyan törékennyé válik, mint a papír, és egy bökéssel eltörik.Ráadásul fémekre, például rézre és vasra ejtése is ezt a helyzetet okozza, amit „fémlezárónak” nevezhetünk.Mi okozza, hogy ilyen tulajdonságokkal rendelkezik?Ma belépünk a fémgallium világába.
1、Mi az az elemgallium fém
A gallium elem az elemek periódusos rendszerében a negyedik periódus IIIA csoportjába tartozik.A tiszta gallium olvadáspontja nagyon alacsony, mindössze 29,78 ℃, de a forráspontja eléri a 2204,8 ℃-ot.Nyáron a legtöbb folyadék formájában létezik, és a tenyérbe helyezve megolvad.A fenti tulajdonságokból megérthetjük, hogy a gallium pontosan alacsony olvadáspontja miatt képes más fémeket korrodálni.A folyékony gallium más fémekkel ötvözeteket képez, ami a korábban említett mágikus jelenség.Tartalma a földkéregben mindössze 0,001%, létezését csak 140 évvel ezelőtt fedezték fel.1871-ben Mengyelejev orosz kémikus összefoglalta az elemek periódusos rendszerét, és megjósolta, hogy a cink után az alumínium alatt is van egy elem, amely az alumíniumhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, és „alumíniumszerű elemnek” nevezik.1875-ben, amikor Bowabordland francia tudós az azonos család fémelemeinek spektrális vonaltörvényeit tanulmányozta, furcsa fénysávot talált a szfaleritben (ZnS), így találta meg ezt az „alumíniumszerű elemet”, majd elnevezte anyaországáról. Franciaország (Gallia, latinul Gallia), a Ga szimbólummal ezt az elemet jelöli, így a gallium lett az első megjósolt elem a kémiai elemfelfedezés történetében, majd a kísérletekben megtalálta a megerősített elemet.
A galliumot elsősorban Kínában, Németországban, Franciaországban, Ausztráliában, Kazahsztánban és a világ más országaiban terjesztik, amelyekből Kína galliumkészletei a világ teljes mennyiségének több mint 95%-át teszik ki, főként Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan és Guangxi. és más helyeken [1].Az elterjedés típusát tekintve Shanxi, Shandong és más helyek főként bauxitban, Yunnan és más helyeken ónércben, Hunan és más helyeken pedig főleg szfaleritben találhatók.A gallium fém felfedezésének kezdetén, az alkalmazására vonatkozó megfelelő kutatások hiánya miatt, az emberek mindig is azt hitték, hogy ez egy alacsony használhatóságú fém.Az informatika folyamatos fejlődésével és az új energia és csúcstechnológia korszakával azonban a galliumfém az információs tér fontos anyagaként kapott figyelmet, és az igénye is jelentősen megnőtt.
2、 A fémgallium alkalmazási területei
1. Félvezető mező
A galliumot főként a félvezető anyagok területén használják, a gallium-arzenid (GaAs) anyag a legszélesebb körben használt, a technológia pedig a legkiforrottabb.Az információterjesztés hordozójaként a félvezető anyagok adják a teljes galliumfogyasztás 80-85%-át, főleg a vezeték nélküli kommunikációban.A gallium-arzenid teljesítményerősítők a kommunikációs átviteli sebességet a 4G hálózatok 100-szorosára növelhetik, ami fontos szerepet játszhat az 5G korszakba való belépésben.Ezenkívül a gallium hőelvezető közegként használható félvezető alkalmazásokban termikus jellemzői, alacsony olvadáspontja, magas hővezető képessége és jó áramlási teljesítménye miatt.A galliumfém gallium alapú ötvözet formájában történő alkalmazása termikus interfész anyagokban javíthatja az elektronikus alkatrészek hőelvezető képességét és hatékonyságát.
2. Napelemek
A napelemek fejlesztése a korai monokristályos szilícium napelemektől a polikristályos szilícium vékonyrétegű cellákig terjedt.A polikristályos szilícium vékonyréteg-cellák magas költsége miatt a kutatók réz-indium-gallium-szelén vékonyréteg- (CIGS) sejteket fedeztek fel félvezető anyagokban [3].A CIGS-cellák előnye az alacsony gyártási költségek, a nagy tételes gyártás és a magas fotoelektromos konverziós ráta, így széles fejlesztési kilátásokkal rendelkeznek.Másodszor, a gallium-arzenid napelemek jelentős előnyökkel rendelkeznek a konverziós hatékonyság terén a más anyagokból készült vékonyfilmes cellákhoz képest.A gallium-arzenid anyagok magas előállítási költsége miatt azonban jelenleg főként a repülőgépiparban és a katonai területeken használják őket.
3. Hidrogénenergia
Az energiaválság egyre növekvő tudatosításával világszerte, az emberek a nem megújuló energiaforrások pótlására törekednek, amelyek közül kiemelkedik a hidrogénenergia.A hidrogén tárolásának és szállításának magas költsége és alacsony biztonsága azonban hátráltatja e technológia fejlesztését.A kéregben leggyakrabban előforduló fémelemként az alumínium vízzel reagálva hidrogént termelhet bizonyos körülmények között, ami ideális hidrogéntároló anyag, azonban a fémalumínium felületének könnyű oxidációja miatt sűrű alumínium-oxid filmet képez , amely gátolja a reakciót, a kutatók azt találták, hogy az alacsony olvadáspontú fémgallium ötvözetet képezhet alumíniummal, a gallium pedig feloldhatja a felületi alumínium-oxid bevonatot, lehetővé téve a reakció lezajlását [4], a fémgallium pedig újrahasznosítható és újra felhasználható. .Az alumínium-galliumötvözet 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 egyedülálló sugárzási tulajdonságai miatt gyakran használják az orvostudományban, amely alkalmas a rosszindulatú daganatok képalkotására és gátlására.A galliumvegyületek nyilvánvaló gombaellenes és antibakteriális hatással rendelkeznek, és végül a sterilizálást a bakteriális anyagcsere megzavarásával érik el.A galliumötvözetekből pedig hőmérőket lehet készíteni, például gallium-indium-ón hőmérőket, egy új típusú folyékony fémötvözetet, amely biztonságos, nem mérgező és környezetbarát, és a mérgező higanyos hőmérők helyettesítésére használható.Ezenkívül a gallium alapú ötvözet bizonyos hányada helyettesíti a hagyományos ezüst-amalgámot, és klinikai alkalmazásokban új fogtömőanyagként használják.
3, Outlook
Bár Kína a világ egyik fő galliumtermelője, még mindig sok probléma van a kínai galliumiparban.A gallium, mint kísérőásvány alacsony tartalma miatt a galliumtermelő vállalkozások szétszórtan működnek, és vannak gyenge láncszemek az ipari láncban.A bányászati folyamat súlyos környezetszennyezéssel jár, és a nagy tisztaságú gallium termelési kapacitása viszonylag gyenge, elsősorban a durva gallium alacsony áron történő exportjára és a finomított gallium magas áron történő importjára támaszkodik.A tudomány és a technika fejlődésével, az emberek életszínvonalának javulásával, valamint a gallium információs és energetikai széles körű alkalmazásával azonban a gallium iránti kereslet is gyorsan megnő.A nagy tisztaságú gallium viszonylag elmaradott gyártási technológiája elkerülhetetlenül korlátozza majd Kína ipari fejlődését.Az új technológiák fejlesztése nagy jelentőséggel bír a tudomány és technológia magas színvonalú fejlődése érdekében Kínában.
Feladás időpontja: 2023. május 17