Mažasis metalas, padedantis šviesos diodams apšviesti
Savybės:
- Atominis simbolis: Ga
- Atominis numeris: 31
- Elementas Kategorija: Post-transition metal
- Tankis: 5,91 g / cm³ (esant 73 ° F / 23 ° C)
- Lydymosi temperatūra: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Virimo temperatūra: 3999 ° F (2204 ° C)
- Moho kietumas: 1.5
Charakteristikos:
Grynasis galisas yra sidabriškai baltas ir tirpsta esant žemesnei nei 85 ° F (29,4 ° C) temperatūrai.
Metalas lieka išlydytas iki beveik 4000 ° F (2204 ° C), todėl jis yra didžiausias visų metalinių elementų skysčių diapazonas.
Gallium yra vienas iš nedaugelio metalų, kurie išsiplėčia, kai jis atšaldomas, o apimtys padidėja šiek tiek daugiau nei 3%.
Nors galisas lengviau sulydina kitus metalus, jis yra ėsdinantis , skleidžiamas į grotelių ir silpnina daugumą metalų. Tačiau jo nedidelė lydymosi temperatūra tampa naudinga tam tikrose lydkose su nedideliu lydymu.
Priešingai nei gyvsidabris , kuris taip pat yra skystas kambario temperatūroje, galisas sumaišo ir odą, ir stiklą, todėl jį sunkiau tvarkyti. Gallium nėra toks toksiškas kaip gyvsidabris.
Istorija:
1875 m. Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran tyrinėdamas sphalerito rūdas, galisas nebuvo naudojamas jokiose komercinėse srityse iki paskutinės 20-ojo amžiaus dalies.
Galisas yra mažai naudojamas kaip konstrukcinis metalas, bet jo daugelyje šiuolaikinių elektroninių prietaisų vertė negali būti pernelyg maža.
Komercinės paskirties galisas buvo sukurtas pagal pradinius tyrimus dėl šviesos diodų (LED) ir III-V radijo dažnių (RF) puslaidininkių technologijos, kuri prasidėjo 1950-ųjų pradžioje.
1962 m. IBM fizikas J. B. Gunn tyrė galio arsenido (GaAs) tyrimą, kurio metu atrado didelio dažnio virpesius elektros srovei, tekančiai per tam tikras puslaidininkines kietas medžiagas (dabar vadinamą "Gunn Effect"). Šis proveržis pavertė kelią ankstyviems kariniams detektoriams, kurie buvo pastatyti naudojant Gunno diodus (taip pat vadinamuosius elektronų perdavimo įtaisus), kurie nuo to laiko buvo naudojami įvairiuose automatiniuose įrenginiuose, nuo automobilių radarų detektorių ir signalų valdiklių iki drėgmės jutiklių ir apsaugos nuo įsilaužimo signalų.
Pirmieji šviesolaidžiai ir lazeriai, kurių pagrindą sudaro "GaAs", buvo pagaminti 1960 m. Pradžioje mokslininkai "RCA", "GE" ir "IBM".
Iš pradžių šviesos diodai galėjo gaminti tik nematomas infraraudonųjų spindulių šviesos bangas, apšviesdami jutiklius ir fotoelektrines programas. Tačiau jų potencialas kaip energiją taupančių kompaktinių šviesos šaltinių buvo akivaizdus.
Iki 1960-ųjų pradžioje "Texas Instruments" pradėjo prekiauti šviesos diodais komerciškai. Iki 1970-ųjų ankstyvos skaitmeninės ekranų sistemos, naudojamos laikrodžiams ir skaičiuoklėmis, netrukus buvo sukurtos naudojant LED apšvietimo sistemas.
Tolesni moksliniai tyrimai 1970-aisiais ir 1980-iaisiais lėmė efektyvesnius nusodinimo metodus, todėl LED technologijos tapo patikimesnės ir ekonomiškesnės. Galia-aliuminio-arseno (GaAlAs) puslaidininkių junginių plėtra lėmė tai, kad šviesos diodai buvo dešimt kartų ryškesni nei ankstesni, o spalvų spektras, prieinamas LED s, taip pat buvo išplėtotas remiantis naujais puslaidininkiais substratais, kurių sudėtyje yra galija, pavyzdžiui, indium -galis-nitridas (InGaN), galio-arsenido fosfidas (GaAsP) ir galio fosfidas (GaP).
Iki devintojo dešimtmečio pabaigos GaAs laidžios savybės taip pat buvo tiriamos kaip saulės energijos šaltinių, naudojamų kosminiams tyrimams, dalis. 1970 m. Sovietinė mokslininkų komanda sukūrė pirmą GaAs heterostruktūros saulės elementus.
Atsižvelgiant į optoelektroninių prietaisų ir integrinių grandynų (IC) gamybą, dešimtojo dešimtmečio pabaigoje ir XXI amžiaus pradžioje "GaAs plokštelių" paklausa pakilo dėl mobiliojo ryšio ir alternatyvių energijos technologijų plėtros.
Nenuostabu, kad, reaguodama į šią augančią paklausą, nuo 2000 iki 2011 m. Pasaulinė pirminio galio gamyba daugiau nei dvigubai padidėja nuo maždaug 100 metrinių tonų (MT) per metus iki daugiau kaip 300 mln. Tonų.
Gamyba:
Apskaičiuota, kad vidutinis galio kiekis žemės plutoje yra apie 15 milijonų dalių, maždaug panašus į liitus ir dažniau nei švinas . Tačiau metalas yra plačiai paplitęs ir pateikiamas keliuose ekonomiškai išgautiniuose rūdos kūnuose.
Iki 90% visų pagaminto pirminio galio išgaunamas iš boksito aliuminio oksido (Al2O3), aliuminio prekursoriaus rafinavimo metu.
Nedidelis kiekis gallio yra gaminamas kaip šalutinis produktas cinko gavybos metu rafinuojant sphalerito rūdą.
"Bayer" procesas. Aliuminio rūdos rafinavimo procesas iki aliuminio oksido, susmulkintos rūdos yra plaunamos karštu natrio hidroksido tirpalu (NaOH). Tai paverčia aliuminio oksidą į natrio aliuminatą, kuris nusėda talpyklose, o natrio hidroksido tirpalas, kuriame yra galio, yra renkamas pakartotiniam naudojimui.
Kadangi šis skystis yra perdirbamas, galio kiekis po kiekvieno ciklo didėja, kol jis pasiekia maždaug 100-125 ppm. Tada mišinys gali būti paimtas ir koncentruotas kaip galatas ekstrahuojant tirpikliu naudojant organinius kompleksonus.
Elektrolitinėje vonioje, esant 104-140 ° F (40-60 ° C) temperatūrai, natrio galatas paverčiamas nešvariu galumi. Po skalbimo rūgštyje, po to jis gali būti filtruojamas per akytas keramines arba stiklo plokštes, kad susidarytų 99,9-99,99% metalo galija.
99.99% yra standartinis GaAs taikomųjų medžiagų pirmtakas, tačiau naujiems naudojimo atvejams reikalingas didesnis švarumas, kurį galima pasiekti kaitinant metalą vakuume, siekiant pašalinti lakius elementus arba elektrocheminį gryninimą ir frakcinius kristalizacijos metodus.
Per pastarąjį dešimtmetį didžioji dalis pirminės galio gamybos pasaulyje persikėlė į Kiniją, kuri dabar tiekia apie 70% pasaulio galio. Kitos pirminės gaminančios šalys - Ukraina ir Kazachstanas.
Apie 30% metinio gallio gamybos išgaunama iš laužo ir perdirbamų medžiagų, tokių kaip GaAs turinčių IC plokštelių. Daugelis galio perdirbimo įvyksta Japonijoje, Šiaurės Amerikoje ir Europoje.
JAV geologijos tarnyba apskaičiavo, kad 2011 m. Pagaminta 310 milijonų rafinuotų galių.
Didžiausi pasaulyje gamintojai yra "Zhuhai Fangyuan", "Beijing Jiya Semiconductor Materials" ir "Recapture Metals Ltd.".
Programos:
Kai legiruotas galisas linkęs sugadinti arba padaryti metalus kaip plieno trapumą. Šis bruožas, kartu su itin maža lydymosi temperatūra, reiškia, kad galisas yra mažai naudojamas struktūrinės paskirties.
Jo metalo formoje galis naudojamas šviestuvuose ir mažo lydalo lydiniuose, pvz., " Galinstan®" , tačiau jis dažniausiai būna puslaidininkių medžiagose.
Pagrindinės "Gallium" programos gali būti suskirstytos į penkias grupes:
1. Puslaidininkiai. Apskaičiuojant apie 70% metinio galio suvartojimo, "GaAs" plokštelės yra daugelio šiuolaikinių elektroninių prietaisų, tokių kaip išmanieji telefonai ir kiti bevielio ryšio įrenginiai, kurie remiasi "GaAs IC" energijos taupymo ir stiprinimo gebėjimais, pagrindas.
2. Šviesos diodai (šviesos diodai): nuo 2010 m. Pasaulinė šviesos diodų sektoriaus galio paklausa dėl dvigubai padidėjus šviesos diodų naudojimui judriojo ir plokščio ekrano ekranuose. Pasaulinis žingsnis link didesnio energijos vartojimo efektyvumo taip pat leido vyriausybei remti LED apšvietimą, naudojant kaitinamąsias ir kompaktiškas fluorescencines apšvietimas.
3. Saulės energija. Galio naudojimas saulės energijos srityje yra orientuotas į dvi technologijas:
- GaAs koncentratoriaus saulės elementai
- Cadmium-indium-gallium-selenido (CIGS) plonos plėvelės saulės elementai
Kaip labai efektyvi fotovoltinės ląstelės, abi technologijos sėkmingai naudojamos specializuotose programose, ypač susijusios su aviacija ir karine technika, tačiau vis dar susiduria su didelio masto komercinio naudojimo kliūtimis.
4. Magnetinės medžiagos: didelio stiprumo, nuolatiniai magnetai yra pagrindinis kompiuterių, hibridinių automobilių, vėjo turbinų ir įvairių kitų elektroninių ir automatizuotų įrenginių komponentas. Kai kuriuose nuolatiniuose magnetuose, įskaitant neodimio- geležies - boro (NdFeB) magnetus, naudojami nedideli galio priedai.
5. Kitos programos:
- Specializuotos lydiniai ir liejiniai
- Drėkinamieji veidrodžiai
- Plutoniumas yra branduolinis stabilizatorius
- Nikelio - mangano ir gelio formos atminties lydinys
- Naftos katalizatorius
- Biomedicinos programos, įskaitant vaistus (galio nitratas)
- Fosforai
- Neutrino aptikimas
Šaltiniai:
Softpedija. Šviesos diodų istorija (šviesos diodai).
Šaltinis: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs (1993), "Chemija aliuminio, galio, indio ir talio". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V puslaidininkiai, istorija RF taikomosiose". ECS Trans . 2009, tomas 19, 3 numeris, puslapiai 79-84.
Schubert, E. Fred. Šviesos diodai . Rensselaer politechnikos institutas, Niujorkas. 2003 m. Gegužės mėn.
USGS. Mineralinių prekių santraukos: Gallium.
Šaltinis: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html.
SM ataskaita. Šalutiniai metalai: aliuminio ir galio santykiai .
URL: www.strategic-metal.typepad.com