Gallium je korozívny, strieborne sfarbený minoritný kov, ktorý sa topí pri izbovej teplote a najčastejšie sa používa pri výrobe polovodičových zlúčenín.
vlastnosti:
- Atómový symbol: Ga
- Atómové číslo: 31
- Kategória prvku: kov po prechode
- Hustota: 5,91 g / cm3 (pri 73 ° F / 23 ° C)
- Teplota topenia: 29,76 ° C
- Teplota varu: 220 ° C
- Mohova tvrdosť: 1.5
charakteristika:
Čisté gálium je strieborne biele a topí sa pri teplotách pod 29,4 ° C. Kov zostáva v roztavenom stave až do teploty 2204 ° C, čo mu poskytuje najväčší rozsah kvapalín zo všetkých kovových prvkov.
Gálium je jedným z mála kovov, ktoré sa ochladzuje a jeho objem sa zväčšuje o niečo viac ako 3%.
Hoci gálium ľahko zliatiny s inými kovmi, to je žieravina, ktoré sa šíria do mriežky a oslabujú väčšinu kovov. Jeho nízka teplota topenia ho však robí užitočným v určitých zliatinách s nízkou teplotou topenia.
Na rozdiel od ortuť, ktorý je pri izbovej teplote tiež tekutý, gálium zmáča pokožku aj sklo, čo sťažuje manipuláciu. Gálium nie je také toxické ako ortuť.
História:
Gallium, ktoré objavil v roku 1875 Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran pri skúmaní sfaleritových rúd, sa až v druhej polovici 20. storočia nevyužívalo v komerčných aplikáciách.
Gálium sa ako stavebný kov nepoužíva, jeho hodnotu v mnohých moderných elektronických zariadeniach však nemožno podceňovať.
Komerčné využitie gália sa vyvíjalo z počiatočného výskumu polovodičovej technológie vyžarujúcej svetlo (LED) a vysokofrekvenčnej (RF) polovodičovej technológie, ktorá sa začala začiatkom 50. rokov 20. storočia.
V roku 1962, výskumník fyziky IBM J.B. Gunna o arzenide gália (GaAs), viedol k objavu vysokofrekvenčnej oscilácie elektrického prúdu pretekajúceho určitými polovodivé tuhé látky - teraz známe ako „Gunn efekt“. Tento prielom vydláždil cestu pre vybudovanie ranných vojenských detektorov pomocou Gunnových diód (známych tiež ako prenosové elektrónové zariadenia), ktoré sa odvtedy používajú v rôznych automatizovaných zariadeniach, od radarových detektorov automobilov a radičov signálu po detektory vlhkosti a zlodejov alarmy.
Prvé LED a lasery založené na GaA boli vyrobené začiatkom 60. rokov výskumníkmi v RCA, GE a IBM.
Diódy LED boli pôvodne schopné produkovať iba neviditeľné infračervené svetelné vlny, ktoré obmedzovali svetlá na senzory a fotografické elektronické aplikácie. Avšak ich potenciál energeticky účinných kompaktných svetelných zdrojov bol evidentný.
Začiatkom 60. rokov spoločnosť Texas Instruments začala ponúkať LED diódy komerčne. V sedemdesiatych rokoch boli čoskoro vyvinuté digitálne zobrazovacie systémy, používané v hodinkách a kalkulačkách, pomocou systémov podsvietenia LED.
Ďalší výskum v 70. a 80. rokoch vyústil do efektívnejších depozičných techník, vďaka ktorým je technológia LED spoľahlivejšia a nákladovo efektívnejšia. Vývoj polovodičových zlúčenín gália, hliníka a arzénu (GaAlAs) vyústil do desaťkrát jasnejších LED ako v predchádzajúcom, zatiaľ čo farebné spektrum dostupné LEDJe tiež pokročilý na základe nových, polovodivých substrátov obsahujúcich gálium, ako je napríklad nitrid india-gália (InGaN), fosfid gália a arzenidu (GaAsP) a fosfid gália (GaP).
Koncom 60. rokov 20. storočia sa skúmali aj vodivé vlastnosti GaAs ako súčasť solárnych zdrojov na prieskum vesmíru. V roku 1970 sovietsky výskumný tím vytvoril prvé GaAs heterostrukturálne solárne články.
Kritická pre výrobu optoelektronických zariadení a integrovaných obvodov (IC), dopyt po doštičkách GaAs prudko stúpajúcich neskoro 90. a začiatkom 21. storočia vo vzťahu k rozvoju mobilnej komunikácie a alternatívnej energie technológie.
Nie je prekvapujúce, že v reakcii na tento rastúci dopyt sa v rokoch 2000 až 2011 globálna produkcia primárneho gália viac ako zdvojnásobila z približne 100 metrických ton (MT) ročne na viac ako 300 MT.
produkcie:
Priemerný obsah gália v zemskej kôre sa odhaduje na asi 15 častíc na milión, zhruba podobný lítiu a častejší ako viesť. Kov je však široko rozptýlený a je prítomný v niekoľkých ekonomicky vyťažiteľných rudných telách.
Až 90% všetkého vyrobeného primárneho gália sa v súčasnosti ťaží z bauxitu počas rafinácie oxidu hlinitého (Al2O3), ktorý je prekurzorom hliník. Malé množstvo gália sa vyrába ako vedľajší produkt zinok extrakcia počas rafinácie sfaleritovej rudy.
Počas Bayerovho procesu rafinácie hliníkovej rudy na oxid hlinitý sa rozdrvená ruda premyje horúcim roztokom hydroxidu sodného (NaOH). To prevádza aluminu na hlinitan sodný, ktorý sa usadzuje v nádržiach, zatiaľ čo roztok hydroxidu sodného, ktorý teraz obsahuje gálium, sa zhromažďuje na opätovné použitie.
Pretože sa tento lúh recykluje, zvyšuje sa obsah gália po každom cykle, až kým nedosiahne hladinu asi 100 až 125 ppm. Zmes sa potom môže odobrať a koncentrovať ako galát extrakciou rozpúšťadlom s použitím organických chelatačných činidiel.
V elektrolytickom kúpeli pri teplotách 40 - 60 ° C sa gallát sodný prevádza na nečisté gálium. Po premytí v kyseline sa potom môže prefiltrovať cez pórovitú keramickú alebo sklenenú dosku, čím sa získa 99,9 až 99,99% kovového gália.
99,99% je štandardný stupeň prekurzorov pre aplikácie GaAs, ale nové použitia si vyžadujú vyššiu čistotu, ktorú je možné dosiahnuť pomocou zahrievanie kovu vo vákuu na odstránenie prchavých prvkov alebo elektrochemické čistenie a frakčná kryštalizácia metódy.
Počas posledného desaťročia sa väčšina svetovej primárnej výroby gália presunula do Číny, ktorá v súčasnosti dodáva asi 70% svetového gália. Medzi ďalšie krajiny s primárnou produkciou patria Ukrajina a Kazachstan.
Asi 30% ročnej produkcie gália sa získava zo šrotu a recyklovateľných materiálov, ako sú IC oblátky s obsahom GaAs. Väčšina recyklácie gália sa vyskytuje v Japonsku, Severnej Amerike a Európe.
Geologický prieskum USA odhaduje, že v roku 2011 sa vyrobilo 310MT rafinovaného gália.
Medzi najväčších svetových výrobcov patria Zhuhai Fangyuan, Peking Jiya Semiconductor Materials a Recapture Metals Ltd.
aplikácia:
Keď zliatina gália má tendenciu korodovať alebo vytvárať kovy ako oceľ krehký. Táto vlastnosť spolu s extrémne nízkou teplotou topenia znamená, že gálium sa v štrukturálnych aplikáciách nepoužíva.
Vo svojej kovovej forme sa gálium používa v spájkach a zliatinách s nízkou teplotou topenia, ako napr galinstan®, ale najčastejšie sa vyskytuje v polovodičových materiáloch.
Hlavné aplikácie spoločnosti Gallium možno rozdeliť do piatich skupín:
1. Polovodiče: Oblátky GaAs, ktoré tvoria asi 70% ročnej spotreby gália, sú chrbtovou kosťou mnohých moderných elektronických zariadení. zariadenia, ako sú smartfóny a ďalšie bezdrôtové komunikačné zariadenia, ktoré sa spoliehajú na úsporu energie a schopnosť zosilnenia ICs GaAs.
2. Svetelné diódy (LED): Od roku 2010 sa svetový dopyt po gáliu z odvetvia LED údajne zdvojnásobil v dôsledku používania LED s vysokým jasom v mobilných a plochých obrazovkách. Celosvetový posun smerom k väčšej energetickej účinnosti tiež viedol k vládnej podpore využívania LED osvetlenia nad žiarovkami a kompaktnými žiarivkami.
3. Solárna energia: Použitie Gallia v aplikáciách solárnej energie je zamerané na dve technológie:
- Slnečné články koncentrátora GaAs
- Tenkovrstvové solárne články kadmium-indium-gálium-selenid (CIGS)
Ako vysoko efektívne fotovoltaické články mali obe technológie úspech v špecializácii Aplikácie, najmä v oblasti letectva a armády, stále čelia prekážkam veľkého rozsahu komerčné použitie.
4. Magnetické materiály: Vysoká pevnosť, trvalá magnety sú kľúčovou súčasťou počítačov, hybridných automobilov, veterných turbín a rôznych ďalších elektronických a automatizovaných zariadení. Malé prírastky gália sa používajú v niektorých permanentných magnetoch, vrátane neodýmu -železo-bor (NdFeB) magnety.
5. Ďalšie aplikácie:
- Špeciálne zliatiny a spájky
- Mokré zrkadlá
- S plutóniom ako jadrovým stabilizátorom
- nikel-mangán- zliatina s pamäťou tvaru gália
- Ropný katalyzátor
- Biomedicínske aplikácie vrátane liečiv (dusičnan gálnatý)
- luminofóry
- Detekcia neutrín
zdroj:
Softpedia. História LED diód (svetelné diódy).
zdroj: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Chémia hliníka, gália, india a tália". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. „Polovodiče III-V, história RF aplikácií.“ ECS Trans. 2009, ročník 19, vydanie 3, strany 79-84.
Schubert, E. Fred. Svetelné diódy. Rensselaer Polytechnic Institute, New York. Máj 2003.
USGS. Zhrnutia minerálnych komodít: Gallium.
zdroj: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Správa SM. Kovy vedľajšieho produktu: Vzťah hliník-gálium.
URL: www.strategic-metal.typepad.com