Der er en slags metal, der er meget magisk. I dagligdagen optræder det i flydende form som kviksølv. Hvis du taber den på en dåse, vil du blive overrasket over at opdage, at flasken bliver skrøbelig som papir, og den går i stykker med blot et stik. Derudover forårsager tab af det på metaller som kobber og jern også denne situation, som kan kaldes "metalterminatoren". Hvad får den til at have sådanne egenskaber? I dag går vi ind i metal-gallium-verdenen.
1, Hvilket element ergallium metal
Gallium grundstof er i den fjerde periode IIIA gruppe i det periodiske system af grundstoffer. Smeltepunktet for rent gallium er meget lavt, kun 29,78 ℃, men kogepunktet er så højt som 2204,8 ℃. Om sommeren eksisterer det meste som væske og kan smeltes, når det lægges i håndfladen. Ud fra ovenstående egenskaber kan vi forstå, at gallium kan korrodere andre metaller netop på grund af dets lave smeltepunkt. Flydende gallium danner legeringer med andre metaller, hvilket er det magiske fænomen, der er nævnt tidligere. Dens indhold i jordskorpen er kun omkring 0,001 %, og dens eksistens blev først opdaget for 140 år siden. I 1871 opsummerede den russiske kemiker Mendeleev det periodiske system af grundstoffer og forudsagde, at der efter zink også er et grundstof under aluminium, som har lignende egenskaber som aluminium og kaldes et "aluminiumlignende grundstof". I 1875, da den franske videnskabsmand Bowabordland studerede spektrallinjelovene for metalelementer af samme familie, fandt han et mærkeligt lysbånd i sphalerit (ZnS), så han fandt dette "aluminiumlignende element" og opkaldte det derefter efter sit moderland Frankrig (Gallien, Latin Gallia), med symbolet Ga til at repræsentere dette grundstof, så gallium blev det første grundstof forudsagt i historien om kemisk grundstofopdagelse og fandt derefter det bekræftede grundstof i forsøg.
Gallium distribueres hovedsageligt i Kina, Tyskland, Frankrig, Australien, Kasakhstan og andre lande i verden, hvoraf Kinas galliumressourcereserver tegner sig for mere end 95% af verdens samlede, hovedsageligt fordelt i Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi og andre steder [1]. Med hensyn til distributionstype findes Shanxi, Shandong og andre steder hovedsagelig i bauxit, Yunnan og andre steder i tinmalm, og Hunan og andre steder findes hovedsageligt i sphalerit. I begyndelsen af opdagelsen af galliummetal, på grund af manglen på tilsvarende forskning i dets anvendelse, har folk altid troet, at det er et metal med lav anvendelighed. Men med den fortsatte udvikling af informationsteknologi og æraen med ny energi og højteknologi, har galliummetal fået opmærksomhed som et vigtigt materiale på informationsområdet, og dets efterspørgsel er også steget kraftigt.
2、 Anvendelsesområder for metal gallium
1. Halvlederfelt
Gallium bruges hovedsageligt inden for halvledermaterialer, hvor galliumarsenid (GaAs) materiale er det mest udbredte, og teknologien er den mest modne. Som en bærer af informationsformidling tegner halvledermaterialer sig for 80% til 85% af det samlede forbrug af gallium, hovedsagelig brugt i trådløs kommunikation. Galliumarsenid effektforstærkere kan øge kommunikationstransmissionshastigheden til 100 gange hastigheden for 4G-netværk, hvilket kan spille en vigtig rolle for at komme ind i 5G-æraen. Desuden kan gallium bruges som et varmeafledningsmedium i halvlederapplikationer på grund af dets termiske egenskaber, lave smeltepunkt, høje termiske ledningsevne og gode strømningsydelse. Anvendelse af galliummetal i form af en galliumbaseret legering i termiske grænsefladematerialer kan forbedre elektroniske komponenters varmeafledningsevne og effektivitet.
2. Solceller
Udviklingen af solceller er gået fra tidlige monokrystallinske siliciumsolceller til polykrystallinske silicium tyndfilmceller. På grund af de høje omkostninger ved polykrystallinske silicium tyndfilmceller har forskere opdaget kobber indium gallium selen tyndfilm (CIGS) celler i halvledermaterialer [3]. CIGS-celler har fordelene ved lave produktionsomkostninger, stor batchproduktion og høj fotoelektrisk konverteringsrate og har dermed brede udviklingsmuligheder. For det andet har galliumarsenid-solceller betydelige fordele i konverteringseffektivitet sammenlignet med tyndfilmsceller lavet af andre materialer. Men på grund af de høje produktionsomkostninger for galliumarsenidmaterialer bruges de i øjeblikket hovedsageligt inden for rumfart og militære områder.
3. Brint energi
Med den stigende bevidsthed om energikrisen over hele verden søger folk at erstatte ikke-vedvarende energikilder, hvoraf brintenergi skiller sig ud. De høje omkostninger og den lave sikkerhed ved brintopbevaring og -transport hindrer imidlertid udviklingen af denne teknologi. Som det mest udbredte metalelement i skorpen kan aluminium reagere med vand for at producere brint under visse forhold, hvilket er et ideelt brintlagermateriale, men på grund af den lette oxidation af overfladen af metalaluminium til at danne en tæt aluminiumoxidfilm , som hæmmer reaktionen, har forskere fundet ud af, at metal-gallium med lavt smeltepunkt kan danne en legering med aluminium, og gallium kan opløse overfladen af aluminiumoxidbelægningen, hvilket tillader reaktion for at fortsætte [4], og metallet gallium kan genbruges og genbruges. Brugen af aluminium galliumlegeringsmaterialer løser i høj grad problemet med hurtig forberedelse og sikker opbevaring og transport af brintenergi, hvilket forbedrer sikkerheden, økonomien og miljøbeskyttelsen.
4. Medicinsk område
Gallium er almindeligt anvendt i det medicinske område på grund af dets unikke strålingsegenskaber, som kan bruges til billeddannelse og hæmning af ondartede tumorer. Galliumforbindelser har tydelige svampedræbende og antibakterielle aktiviteter og opnår i sidste ende sterilisering ved at forstyrre bakteriel metabolisme. Og galliumlegeringer kan bruges til at lave termometre, såsom gallium-indium-tintermometre, en ny type flydende metallegering, der er sikker, ikke-giftig og miljøvenlig, og som kan bruges til at erstatte giftige kviksølvtermometre. Derudover erstatter en vis andel af galliumbaseret legering det traditionelle sølvamalgam og bruges i kliniske applikationer som et nyt tandfyldningsmateriale.
3, Outlook
Selvom Kina er en af de største producenter af gallium i verden, er der stadig mange problemer i Kinas galliumindustri. På grund af det lave indhold af gallium som følgemineral er galliumproduktionsvirksomheder spredt, og der er svage led i den industrielle kæde. Mineprocessen har alvorlig miljøforurening, og produktionskapaciteten af højrent gallium er relativt svag, hovedsagelig afhængig af eksport af groft gallium til lave priser og import af raffineret gallium til høje priser. Men med udviklingen af videnskab og teknologi, forbedring af folks levestandard og den udbredte anvendelse af gallium inden for information og energi, vil efterspørgslen efter gallium også hurtigt stige. Den relativt tilbagestående produktionsteknologi af højrent gallium vil uundgåeligt have begrænsninger for Kinas industrielle udvikling. Udvikling af nye teknologier er af stor betydning for at opnå højkvalitetsudvikling af videnskab og teknologi i Kina.
Indlægstid: 17. maj 2023