Der findes en slags metal, der er meget magisk. I dagligdagen optræder det i flydende form ligesom kviksølv. Hvis du taber det på en dåse, vil du blive overrasket over at opdage, at flasken bliver lige så skrøbelig som papir, og den går i stykker med blot et stød. Derudover forårsager det også denne situation, der kan kaldes "metalterminatoren", at tabe det på metaller som kobber og jern. Hvad får det til at have sådanne egenskaber? I dag vil vi dykke ned i metallets galliums verden.
1. Hvilket element ergalliummetal
Gallium er et grundstof i den fjerde periode IIIA-gruppe i det periodiske system. Smeltepunktet for rent gallium er meget lavt, kun 29,78 ℃, men kogepunktet er så højt som 2204,8 ℃. Om sommeren eksisterer det meste af det som en væske og kan smeltes, når det placeres 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. Dets indhold i jordskorpen er kun omkring 0,001%, og dets eksistens blev ikke opdaget før for 140 år siden. I 1871 opsummerede den russiske kemiker Mendeleev det periodiske system 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 i samme familie, fandt han et mærkeligt lyst bånd i sfalerit (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 element. Således blev gallium det første element, der blev forudsagt i historien om opdagelsen af kemiske elementer, og fandt derefter det bekræftede element i eksperimenter.
Gallium er hovedsageligt distribueret i Kina, Tyskland, Frankrig, Australien, Kasakhstan og andre lande i verden, hvoraf Kinas galliumressourcereserver tegner sig for mere end 95% af verdens samlede mængde, hovedsageligt distribueret i Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi og andre steder [1]. Med hensyn til distributionstype findes der hovedsageligt bauxit i Shanxi, Shandong og andre steder, tinmalm i Yunnan og andre steder, og sphalerit i Hunan og andre steder. I begyndelsen af opdagelsen af galliummetal har folk på grund af manglende tilsvarende forskning i dets anvendelse altid troet, at det er et metal med lav anvendelighed. Men med den kontinuerlige udvikling af informationsteknologi og æraen med ny energi og højteknologi har galliummetal fået opmærksomhed som et vigtigt materiale inden for informationsfeltet, og efterspørgslen er også steget kraftigt.
2. Anvendelsesområder for metalgallium
1. Halvlederfelt
Gallium anvendes hovedsageligt inden for halvledermaterialer, hvor galliumarsenid (GaAs) er det mest anvendte materiale, og teknologien er den mest modne. Som bærer af informationsformidling tegner halvledermaterialer sig for 80 % til 85 % af det samlede forbrug af gallium, primært anvendt i trådløs kommunikation. Galliumarsenid-effektforstærkere kan øge kommunikationstransmissionshastigheden til 100 gange 4G-netværks hastighed, hvilket kan spille en vigtig rolle i at træde ind i 5G-æraen. Derudover kan gallium bruges som et varmeafledningsmedium i halvlederapplikationer på grund af dets termiske egenskaber, lave smeltepunkt, høje varmeledningsevne og gode strømningsevne. Anvendelse af galliummetal i form af en galliumbaseret legering i termiske grænsefladematerialer kan forbedre varmeafledningsevnen og effektiviteten af elektroniske komponenter.
2. Solceller
Udviklingen af solceller er gået fra tidlige monokrystallinske siliciumsolceller til polykrystallinske siliciumtyndfilmceller. På grund af de høje omkostninger ved polykrystallinske siliciumtyndfilmceller har forskere opdaget kobber, indium, gallium, selen, tyndfilmceller (CIGS) i halvledermaterialer [3]. CIGS-celler har fordelene ved lave produktionsomkostninger, storbatchproduktion og høj fotoelektrisk konverteringshastighed, hvilket har brede udviklingsmuligheder. For det andet har galliumarsenid-solceller betydelige fordele i konverteringseffektivitet sammenlignet med tyndfilmceller lavet af andre materialer. På grund af de høje produktionsomkostninger ved galliumarsenidmaterialer anvendes de dog i øjeblikket hovedsageligt inden for luftfart og militær.
3. Brintenergi
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 brintlagring og -transport hæmmer dog udviklingen af denne teknologi. Som det mest udbredte metalelement i jordskorpen kan aluminium reagere med vand for at producere brint under visse betingelser, hvilket er et ideelt materiale til brintlagring. På grund af den lette oxidation af metalaluminiums overflade for at danne en tæt aluminiumoxidfilm, som hæmmer reaktionen, har forskere imidlertid fundet ud af, at metalgallium med lavt smeltepunkt kan danne en legering med aluminium, og gallium kan opløse overfladens aluminiumoxidbelægning, hvilket giver mulighed for at reaktionen kan fortsætte [4], og metallet gallium kan genbruges. Brugen af aluminiumgalliumlegeringsmaterialer løser i høj grad problemet med hurtig fremstilling og sikker lagring og transport af brintenergi, hvilket forbedrer sikkerhed, økonomi og miljøbeskyttelse.
4. Medicinsk felt
Gallium anvendes almindeligvis inden for det medicinske område på grund af dets unikke strålingsegenskaber, og det kan bruges til billeddannelse og hæmning af ondartede tumorer. Galliumforbindelser har tydelige svampedræbende og antibakterielle virkninger og opnår i sidste ende sterilisering ved at forstyrre bakteriel metabolisme. Galliumlegeringer kan bruges til at fremstille termometre, såsom gallium-indium-tin-termometre, en ny type flydende metallegering, der er sikker, giftfri og miljøvenlig, og som kan bruges til at erstatte giftige kviksølvtermometre. Derudover erstatter en vis andel af galliumbaseret legering den traditionelle sølvamalgam og bruges i kliniske anvendelser som et nyt tandfyldningsmateriale.
3. Udsigt
Selvom Kina er en af verdens største producenter af gallium, er der stadig mange problemer i Kinas galliumindustri. På grund af det lave indhold af gallium som følgemineral er galliumproduktionsvirksomhederne spredte, og der er svage led i den industrielle kæde. Minedriftsprocessen er forbundet med alvorlig miljøforurening, og produktionskapaciteten for gallium med høj renhed er relativt svag og afhænger primært af eksport af groft gallium til lave priser og import af raffineret gallium til høje priser. Men med udviklingen af videnskab og teknologi, forbedringen af folks levestandard og den udbredte anvendelse af gallium inden for information og energi vil efterspørgslen efter gallium også stige hurtigt. Den relativt tilbagestående produktionsteknologi for gallium med høj renhed vil uundgåeligt begrænse Kinas industrielle udvikling. Udvikling af nye teknologier er af stor betydning for at opnå en udvikling af videnskab og teknologi af høj kvalitet i Kina.
Opslagstidspunkt: 17. maj 2023