Profile Metal: Gallium

Metal i vogël që ndihmon dritat LED Shine Bright

Galiumi është një metal i vogël gërryes, me ngjyrë argjendi që shkrihet afër temperaturës së dhomës dhe përdoret më shpesh në prodhimin e përbërjeve gjysmëpërçuese.

Vetitë:

• Simboli Atomik: Ga
• Numri Atomik: 31
• Kategoria e elementit: Metal pas tranzicionit
• Dendësia: 5.91 g / cm³ (në 73 ° F / 23 ° C)
• Pika e shkrirjes: 85,58 ° F (29,76 ° C)
• Pika e vlimit: 3999 ° F (2204 ° C)
• Vështirësia e Mohit: 1.5

Karakteristikat:

Galiumi i pastër është i bardhë i argjendtë dhe shkrihet në temperatura nën 85 ° F (29.4 ° C).

Metal mbetet në një gjendje të shkrirë deri në gati 4000 ° F (2204 ° C), duke i dhënë asaj gamën më të madhe të lëngjeve të të gjithë elementëve metalikë.

Galiumi është një nga vetëm disa metale që zgjerohet ndërsa ftohet, duke u rritur me volum me pak më shumë se 3%.

Megjithëse gallium lehtë lidh me metale të tjera, është gërryes , përhapur në grilën e, dhe duke dobësuar shumicën e metaleve. Pika e ulët e shkrirjes, megjithatë, e bën të dobishme në lidhjet e ulëta të shkrirë.

Në krahasim me merkurin , i cili gjithashtu është i lëngët në temperaturat e dhomës, galliumi merr lëkurën dhe qelqin, duke e bërë më të vështirë trajtimin. Galiumi nuk është gati aq toksik sa zhiva.

Historia:

Zbuluar në vitin 1875 nga Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran gjatë ekzaminimit të mineraleve spalerite, galiumi nuk u përdor në asnjë aplikacion komercial deri në pjesën e fundit të shekullit të 20-të.

Galiumi nuk përdoret si metal strukturor, por vlera e tij në shumë pajisje moderne elektronike nuk mund të nënvlerësohet.

Përdorimet komerciale të galiumit u zhvilluan nga hulumtimi fillestar në diodën e dritës (LED) dhe teknologjinë gjysmëpërçuese të radio frekuencës III-V (RF), e cila filloi në fillim të viteve 1950.

Në vitin 1962, hulumtimi i IBM fizikan JB Gunn për arsenid galium (GaAs) çoi në zbulimin e luhatjes së frekuencës së lartë të rrymës elektrike që rrjedh nëpër disa lëndë të ngurta gjysmëpërçuese - të njohur tani si 'Efekti Gunn'. Ky zbulim hapi rrugën për zbulimin e detektorëve ushtarakë të hershëm që do të ndërtohen duke përdorur diodat Gunn (të njohura edhe si pajisje elektronike të transferimit) që janë përdorur për herë të parë në pajisje të ndryshme të automatizuara, nga detektorët e radarëve dhe kontrollorët e sinjaleve deri te detektorët e përmbajtjes së lagështisë dhe alarmet kundër hajdutëve.

LEDs e parë dhe lazer bazuar në GaAs janë prodhuar në fillim të viteve 1960 nga hulumtuesit në RCA, GE dhe IBM.

Fillimisht, LEDs ishin vetëm në gjendje të prodhojnë dritë të padukshme infra të kuqe, duke kufizuar dritat për sensorë, dhe aplikacionet foto-elektronike. Por potenciali i tyre si burime të lehta kompakte me energji ishte evidente.

Deri në fillim të viteve 1960, Texas Instruments filloi të ofrojë LEDs komercialisht. Deri në vitet 1970, sistemet e hershme të ekranit digjital, të përdorura në shikon dhe në ekranet llogaritëse, u zhvilluan së shpejti duke përdorur sistemet e ndriçimit LED.

Hulumtime të mëtejshme në vitet 1970 dhe 1980 rezultuan me teknika më efikase të depozitimit, duke e bërë teknologjinë LED më të besueshme dhe me kosto efektive. Zhvillimi i komponentëve gjysmëpërçues prej gallium-alumin-arsenik (GaAlAs) rezultoi në LED që ishin dhjetë herë më të ndritshme se më parë, ndërsa spektri i ngjyrave në dispozicion të LED-ve gjithashtu u përparua në bazë të substrateve të reja gjysmëpërçuese me përmbajtje gallium, -gallium-nitrid (InGaN), gallium-arsenid-fosfid (GaAsP), dhe gallium-fosfid (GaP).

Nga fundi i viteve 1960, pronat përçuese të GaAs po hulumtoheshin gjithashtu si pjesë e burimeve të energjisë diellore për eksplorimin e hapësirës. Në vitin 1970, një ekip hulumtues sovjetik krijoi qelizat diellore të heterostrukturës GaAs të parë.

Kritik për prodhimin e pajisjeve optoelektronike dhe qarqeve të integruara (ICS), kërkesa për wafa GaAs u rritën në fund të viteve 1990 dhe fillimi i shekullit 21 në korrelacion me zhvillimin e teknologjisë së komunikimit celular dhe të energjisë alternative.

Jo çuditërisht, në përgjigje të kësaj kërkese në rritje, midis viteve 2000 dhe 2011 prodhimi global i galliumit primar është më shumë se dyfishi nga rreth 100 tonë metrikë në vit në mbi 300MT.

prodhimit:

Përmbajtja mesatare e galliumit në koren e tokës vlerësohet të jetë rreth 15 pjesë për milion, afërsisht e ngjashme me lithium dhe më e zakonshme se plumbi . Metal, megjithatë, është i shpërndarë gjerësisht dhe i pranishëm në disa organe minerale ekonomikisht të nxjerra.

Deri në 90% të të gjithë galiumit primar të prodhuar aktualisht është nxjerrë nga boksiti gjatë rafinimit të aluminit (Al2O3), një pararendës i aluminit .

Një sasi e vogël e galliumit prodhohet si një nënprodukt i nxjerrjes së zinkut gjatë rafinimit të mineralit spalerite.

Gjatë procesit Bayer të rafinimit të aluminit deri në alumin, mineral i grimcuar është larë me një solucion të nxehtë të hidroksidit të natriumit (NaOH). Kjo konverton aluminin në aluminat natriumi, i cili vendoset në tanke derisa liquor hidroksid natriumi që tani përmban galium grumbullohet për ri-përdorim.

Për shkak se kjo pijeve riciklohet, përmbajtja e galiumit rritet pas secilit cikël derisa të arrijë një nivel prej rreth 100-125ppm. Përzierja pastaj mund të merret dhe të koncentrohet si gallate nëpërmjet nxjerrjes së tretësit duke përdorur agjentë organikë chelating.

Në një dush elektrolitik në temperaturë prej 104-140 ° F (40-60 ° C), galati i natriumit konvertohet në galium të papastër. Pas larjes në acid, kjo mund të filtrohet përmes pllakave poroze qeramike ose qelqi për të krijuar 99,9-99,99% metal gallium.

99.99% është nota standard precursor për aplikimet GaAs, por përdorime të reja kërkojnë pastrime më të larta që mund të arrihen duke ngrohur metalin nën vakum për të hequr elementët e paqëndrueshëm ose pastrimin elektrokimik dhe metodat e kristalizimit fraksion.

Gjatë dekadës së fundit, pjesa më e madhe e prodhimit kryesor të galiumit në botë është zhvendosur në Kinë, i cili tani furnizon rreth 70% të galliumit të botës. Vende të tjera prodhuese kryesore përfshijnë Ukrainën dhe Kazakistanin.

Rreth 30% e prodhimit vjetor të galliumit nxirret nga skrap dhe materialet e riciklueshme, si wafers IC që përmbajnë GaAs. Shumica e riciklimit të galiumit ndodhin në Japoni, Amerikë Veriore dhe Evropë.

Studimi Gjeologjik i SHBA-së vlerëson se në 2011 është prodhuar 310MT galium i rafinuar.

Prodhuesit më të mëdhenj në botë përfshijnë Zhuhai Fangyuan, Pekin Jiya Semiconductor Materials, dhe Recapture Metals Ltd.

Aplikimet:

Kur galium i lidhur tenton të korroje ose të bëjë metale si çeliku i brishtë. Kjo karakteristikë, së bashku me temperaturën e saj të ulët të shkrirjes, do të thotë se galiumi është pak i përdorur në aplikimet strukturore.

Në formën e tij metalike, galliumi përdoret në lidhësa dhe lidhjet e shkrirë të ulët, siç është Galinstan® , por më së shpeshti gjendet në materialet gjysmëpërçuese.

Aplikacionet kryesore të Gallium mund të kategorizohen në pesë grupe:

1. Gjysem perçuesit: Duke llogaritur rreth 70% të konsumit vjetor të galliumit, waferët e GaAs janë shtylla kurrizore e shumë pajisjeve moderne elektronike, të tilla si smartphones dhe pajisje të tjera të komunikimit pa tel që mbështeten në aftësinë e kursimit dhe amplifikimit të GaAs ICs.

Diodat emitting diode (LEDs): Që nga viti 2010, kërkesa globale për galium nga sektori LED është dyfishuar, për shkak të përdorimit të LEDs të lartë të ndriçimit në ekranet e lëvizshme dhe të ekranit të sheshtë. Masa globale drejt efikasitetit më të madh të energjisë ka çuar gjithashtu në mbështetjen e qeverisë për përdorimin e ndriçimit LED mbi ndriçimin fluoreshent inkandeshent dhe kompakt.

3. Energjia diellore: Përdorimi i Gallium në aplikimet për energji diellore është e përqendruar në dy teknologji:

• Qelizat diellore të përqëndruesit GaAs
• Kadmiumi-indium-gallium-selenid (CIGS) qeliza diellore të filmit të hollë

Si qeliza fotovoltaike shumë efikase, të dyja teknologjitë kanë patur sukses në aplikime të specializuara, sidomos në lidhje me hapësirën ajrore dhe ushtarake, por ende përballen me pengesa për përdorim komercial në shkallë të gjerë.

4. Materialet magnetike: Forca e lartë, magnet i përhershëm janë një komponent i rëndësishëm i kompjuterave, makinave hibride, turbinave të erës dhe pajisjeve të tjera elektronike dhe të automatizuara. Shtesat e vogla të galiumit përdoren në disa magnete të përhershme, duke përfshirë magnete neodymium- hekur - bor (NdFeB).

5. Aplikime të tjera:

• Lidhjet e specializuara dhe lidhësit
• Pasqyra kulluese
• Me plutoninë si stabilizues bërthamor
• Aliazh kujtesës në formë nikeli - mangani - galeri
• Katalizator i naftës
• Aplikimet biomjekësore, duke përfshirë produktet farmaceutike (nitrat galiumi)
• phosphors
• Zbulimi i neutroneve

_burimet:

_{Softpedia. Historia e LEDs (Diodes Emitting Light).}

_{Burimi: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html}

_{Anthony John Downs, (1993), "Kimi i Aluminiumit, Galiumit, Indiumit dhe Thalliumit". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5}

_{Barratt, Curtis A. "Gjysmëpërçues III-V, një histori në aplikimet për RF". ECS Trans . 2009, Vëllimi 19, Botimi 3, faqet 79-84.}

_{Schubert, E.Fred. Diodë të lehta . Instituti Politeknik Rensselaer, Nju Jork. Maj 2003.}

_{USGS. Përmbledhjet e Mallrave Minerale: Gallium.}

_{Burimi: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html}

_{Raporti SM. Metale nën-produkt: Marrëdhënia me Alumin-Gali .}

_{URL: www.strategic-metal.typepad.com}