Daar is 'n soort metaal wat baie magies is. In die daaglikse lewe verskyn dit in vloeibare vorm soos kwik. As jy dit op 'n blikkie laat val, sal jy verbaas wees om te vind dat die bottel so broos soos papier word, en dit sal met net 'n steek breek. Boonop veroorsaak dit ook hierdie situasie, wat die "metaalterminator" genoem kan word, as jy dit op metale soos koper en yster laat val. Wat veroorsaak dat dit sulke eienskappe het? Vandag gaan ons die wêreld van die metaal gallium betree.
1. Watter element isgalliummetaal
Gallium is 'n element in die vierde periode IIIA-groep in die periodieke tabel van elemente. Die smeltpunt van suiwer gallium is baie laag, slegs 29.78 ℃, maar die kookpunt is so hoog as 2204.8 ℃. In die somer bestaan die meeste daarvan as 'n vloeistof en kan dit smelt wanneer dit in die palm geplaas word. Uit die bogenoemde eienskappe kan ons verstaan dat gallium ander metale kan korrodeer juis as gevolg van sy lae smeltpunt. Vloeibare gallium vorm legerings met ander metale, wat die magiese verskynsel is wat vroeër genoem is. Die inhoud daarvan in die aardkors is slegs ongeveer 0.001%, en die bestaan daarvan is eers 140 jaar gelede ontdek. In 1871 het die Russiese chemikus Mendeleev die periodieke tabel van elemente opgesom en voorspel dat daar na sink ook 'n element onder aluminium is, wat soortgelyke eienskappe as aluminium het en 'n "aluminiumagtige element" genoem word. In 1875, toe die Franse wetenskaplike Bowabordland die spektrale lynwette van metaalelemente van dieselfde familie bestudeer het, het hy 'n vreemde ligte band in sfaleriet (ZnS) gevind, en so het hy hierdie "aluminiumagtige element" gevind en dit toe na sy moederland Frankryk (Gallië, Latyn Gallia) vernoem, met die simbool Ga om hierdie element voor te stel. Gallium het dus die eerste element geword wat in die geskiedenis van die ontdekking van chemiese elemente voorspel is, en toe die bevestigde element in eksperimente gevind.
Gallium word hoofsaaklik versprei in China, Duitsland, Frankryk, Australië, Kazakstan en ander lande in die wêreld, waarvan China se galliumhulpbronreserwes meer as 95% van die wêreldtotaal uitmaak, hoofsaaklik versprei in Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi en ander plekke [1]. Wat die verspreidingstipe betref, bestaan Shanxi, Shandong en ander plekke hoofsaaklik in bauxiet, Yunnan en ander plekke in tinerts, en Hunan en ander plekke bestaan hoofsaaklik in sfaleriet. Aan die begin van die ontdekking van galliummetaal, as gevolg van die gebrek aan ooreenstemmende navorsing oor die toepassing daarvan, het mense nog altyd geglo dat dit 'n metaal met lae bruikbaarheid is. Met die voortdurende ontwikkeling van inligtingstegnologie en die era van nuwe energie en hoëtegnologie, het galliummetaal egter aandag gekry as 'n belangrike materiaal in die inligtingsveld, en die vraag daarna het ook aansienlik toegeneem.
2. Toepassingsvelde van metaalgallium
1. Halfgeleierveld
Gallium word hoofsaaklik gebruik in die veld van halfgeleiermateriale, met galliumarsenied (GaAs) materiaal as die mees gebruikte en die tegnologie as die mees volwasse. As 'n draer van inligtingverspreiding, maak halfgeleiermateriale 80% tot 85% van die totale verbruik van gallium uit, hoofsaaklik gebruik in draadlose kommunikasie. Galliumarsenied-kragversterkers kan kommunikasie-oordragspoed tot 100 keer dié van 4G-netwerke verhoog, wat 'n belangrike rol kan speel in die betreding van die 5G-era. Boonop kan gallium as 'n hitte-afvoermedium in halfgeleiertoepassings gebruik word as gevolg van sy termiese eienskappe, lae smeltpunt, hoë termiese geleidingsvermoë en goeie vloeiprestasie. Die toepassing van galliummetaal in die vorm van 'n gallium-gebaseerde legering in termiese koppelvlakmateriale kan die hitte-afvoervermoë en doeltreffendheid van elektroniese komponente verbeter.
2. Sonselle
Die ontwikkeling van sonselle het van vroeë monokristallyne silikon-sonselle na polikristallyne silikon-dunfilmselle beweeg. As gevolg van die hoë koste van polikristallyne silikon-dunfilmselle, het navorsers koperindium-galliumselenium-dunfilmselle (CIGS) in halfgeleiermateriale ontdek [3]. CIGS-selle het die voordele van lae produksiekoste, grootskaalse produksie en hoë fotoëlektriese omskakelingskoers, wat dus breë ontwikkelingsvooruitsigte het. Tweedens het galliumarsenied-sonselle beduidende voordele in omskakelingsdoeltreffendheid in vergelyking met dunfilmselle wat van ander materiale gemaak is. As gevolg van die hoë produksiekoste van galliumarseniedmateriale word hulle egter tans hoofsaaklik in die lugvaart- en militêre velde gebruik.
3. Waterstofenergie
Met die toenemende bewustheid van die energiekrisis regoor die wêreld, soek mense na maniere om nie-hernubare energiebronne te vervang, waarvan waterstofenergie uitstaan. Die hoë koste en lae veiligheid van waterstofberging en -vervoer belemmer egter die ontwikkeling van hierdie tegnologie. As die volopste metaalelement in die kors, kan aluminium met water reageer om waterstof onder sekere toestande te produseer, wat 'n ideale waterstofbergingsmateriaal is. As gevolg van die maklike oksidasie van die oppervlak van metaalaluminium om 'n digte aluminiumoksiedfilm te vorm, wat die reaksie inhibeer, het navorsers egter gevind dat metaalgallium met 'n lae smeltpunt 'n legering met aluminium kan vorm, en gallium kan die oppervlak-aluminiumoksiedlaag oplos, wat die reaksie toelaat om voort te gaan [4], en die metaalgallium kan herwin en hergebruik word. Die gebruik van aluminiumgalliumlegeringsmateriale los die probleem van vinnige voorbereiding en veilige berging en vervoer van waterstofenergie grootliks op, wat veiligheid, ekonomie en omgewingsbeskerming verbeter.
4. Mediese veld
Gallium word algemeen in die mediese veld gebruik as gevolg van sy unieke stralingseienskappe, wat gebruik kan word vir beeldvorming en die inhibering van kwaadaardige gewasse. Galliumverbindings het duidelike antifungale en antibakteriese aktiwiteite, en bereik uiteindelik sterilisasie deur in te meng met bakteriële metabolisme. En galliumlegerings kan gebruik word om termometers te maak, soos galliumindiumtin-termometers, 'n nuwe tipe vloeibare metaallegering wat veilig, nie-giftig en omgewingsvriendelik is, en kan gebruik word om giftige kwiktermometers te vervang. Daarbenewens vervang 'n sekere proporsie gallium-gebaseerde legering die tradisionele silweramalgaam en word in kliniese toepassings as 'n nuwe tandvulmateriaal gebruik.
3. Vooruitsigte
Alhoewel China een van die hoofprodusente van gallium in die wêreld is, is daar steeds baie probleme in China se galliumbedryf. As gevolg van die lae inhoud van gallium as 'n metgeselmineraal, is galliumproduksie-ondernemings verspreid, en daar is swak skakels in die industriële ketting. Die mynbouproses het ernstige omgewingsbesoedeling, en die produksiekapasiteit van hoë-suiwerheid gallium is relatief swak, hoofsaaklik afhanklik van die uitvoer van growwe gallium teen lae pryse en die invoer van geraffineerde gallium teen hoë pryse. Met die ontwikkeling van wetenskap en tegnologie, die verbetering van mense se lewenstandaard, en die wydverspreide toepassing van gallium in die velde van inligting en energie, sal die vraag na gallium egter ook vinnig toeneem. Die relatief agterlike produksietegnologie van hoë-suiwerheid gallium sal onvermydelik beperkings op China se industriële ontwikkeling hê. Die ontwikkeling van nuwe tegnologieë is van groot belang vir die bereiking van hoëgehalte-ontwikkeling van wetenskap en tegnologie in China.
Plasingstyd: 17 Mei 2023