Minor Metal, ki pomaga LED luči Shine Bright
Lastnosti:
- Atomski simbol: Ga
- Atomska številka: 31
- Element Kategorija: Post-prehodna kovina
- Gostota: 5,91 g / cm³ (pri 73 ° F / 23 ° C)
- Tališče: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Vrelišče: 3999 ° F (2204 ° C)
- Trdota Moha: 1,5
Karakteristike:
Čisti galij je srebrno bele barve in se topi pri temperaturah pod 85 ° F (29,4 ° C).
Kovina ostane v stopljenem stanju do skoraj 4000 ° F (2204 ° C), kar zagotavlja največji tekoči obseg vseh kovinskih elementov.
Gallium je ena od le nekaj kovin, ki se širijo, ko se ohladi in s povečanjem prostornine za nekaj več kot 3%.
Čeprav je galij zlitina z drugimi kovinami, je jedka , razpršuje v mrežo in slabi večino kovin. Njena nizka stopnja taljenja pa je koristna pri nekaterih nizkih talinah taline.
Za razliko od živega srebra , ki je tudi tekoč pri sobnih temperaturah, galije omaka tako kožo kot tudi steklo, kar otežuje rokovanje. Gallium ni skoraj tako strupen kot živo srebro.
Zgodovina:
Odkrito leta 1875, ko je Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran med preučevanjem sfhaleritnih rud, se galijev v komercialnih uporabah ni uporabljal šele v zadnjem delu 20. stoletja.
Gallium je malo uporaben kot strukturna kovina, vendar njegova vrednost v številnih sodobnih elektronskih napravah ni mogoče podceniti.
Komercialne uporabe galija so se razvile iz začetne raziskave svetlobnih diod (LED) in polprevodniške tehnologije radijske frekvence III-V (RF), ki se je začela v začetku 50. let prejšnjega stoletja.
Leta 1962 je raziskovanje fizike JB Gunn-a o fiziki gallium arsenide (GaAs) v IBM-u pripeljalo do odkritja visokofrekvenčnih nihanj električnega toka, ki teče skozi določene polprevodniške trdne snovi - zdaj znane kot Gunn Effect. Ta preboj je utrl pot zgodnjim vojaškim detektorjem, ki jih je treba zgraditi z uporabo Gunn diod (znanih tudi kot prenosni elektronski aparati), ki so se od takrat uporabljali v različnih avtomatskih napravah, od detektorjev avtomobilskih radarjev in krmilnikov signalov do detektorjev vsebnosti vlage in alarmov za vlomilce.
Prve LED in laserje, ki temeljijo na GaAs, so v začetku šestdesetih let prejšnjega stoletja izdelali raziskovalci na RCA, GE in IBM.
Na začetku so lahko LED-diode proizvajale nevidne infrardeče svetlobne valove, omejile luči na senzorje in foto-elektronske aplikacije. Toda njihov potencial kot energetsko učinkovit kompaktni svetlobni viri so bili očitni.
Do začetka šestdesetih let prejšnjega stoletja so Texas Instruments pričeli tržiti LED. Do sedemdesetih let prejšnjega stoletja so se zgodnji sistemi digitalnih prikazov, ki se uporabljajo v ure in kalkulatorjih, kmalu razvili z uporabo sistemov LED za osvetlitev ozadja.
Nadaljnje raziskave v sedemdesetih in osemdesetih letih so privedle do učinkovitejših tehnik nanašanja, zaradi česar je tehnologija LED bolj zanesljiva in stroškovno učinkovita. Razvoj polprevodniških spojin galijevega aluminija in arzena (GaAlAs) je povzročil LED, ki je bila desetkrat svetlejša od prejšnje, medtem ko je barvni spekter, ki je na voljo LED, napredoval tudi na osnovi novih polprevodnih substratov, ki vsebujejo galije, kot je indij -galij-nitrid (InGaN), galijev-arzenid-fosfid (GaAsP) in galijev-fosfid (GaP).
Do konca šestdesetih let so bile proaktivne lastnosti GaAs raziskane tudi kot del sončnih virov energije za raziskovanje vesolja. Leta 1970 je sovjetska raziskovalna skupina ustvarila prve GaAs heterostrukture sončnih celic.
Za proizvodnjo optoelektronskih naprav in integriranih vezij (IC) je povpraševanje po rezinih GaAs poraslo v poznih devetdesetih in v začetku 21. stoletja v povezavi z razvojem mobilnih komunikacij in alternativnih energetskih tehnologij.
Ni presenetljivo, da se je kot odziv na to naraščajoče povpraševanje med letoma 2000 in 2011 globalno proizvodnjo primarnega gallija več kot dvakrat od približno 100 ton (MT) na leto do več kot 300 milijonov ton.
Produkcija:
Povprečna vsebnost galija v zemeljski skorji je približno 15 delov na milijon, približno podobna litiju in pogostejša od svinca . Kovina pa je široko razpršena in prisotna v nekaj ekonomsko ekstrahabilnih rudnih telesih.
Čez 90% vseh primarnih galijevih se trenutno izvleče iz boksita med rafiniranjem aluminijevega oksida (Al2O3), predhodnika aluminija .
Majhna količina galija se proizvaja kot stranski produkt ekstrakcije cinka med rafiniranjem sfhaleritne rude.
Med postopkom Bayerja za prečiščevanje aluminijeve rude do aluminijevega oksida se zdrobljena rudo speremo z vročo raztopino natrijevega hidroksida (NaOH). S tem se aluminijev oksid pretvori v natrijev aluminat, ki se usede v rezervoarje, medtem ko se natrijev hidroksid, ki vsebuje gali, zbira za ponovno uporabo.
Ker se ta alkohol reciklira, se vsebnost galija po vsakem ciklu poveča, dokler ne doseže ravni približno 100-125 ppm. Zmes nato lahko vzamemo in koncentriramo kot galat s ekstrakcijo s topilom z organskimi kelatnimi sredstvi.
V elektrolitski kopeli pri temperaturi 104-140 ° F (40-60 ° C) se natrijev galat pretvori v nečiste galije. Po pranju v kislini se lahko potem filtrira skozi porozne keramične ali steklene plošče, da se ustvari 99,9-99,99% galijeve kovine.
99,99% je standardni razred predhodnikov za aplikacije GaAs, vendar nove uporabe zahtevajo višjo čistost, ki jo lahko dosežemo s segrevanjem kovin pod vakuumom, da odstranimo hlapne elemente ali elektrokemične postopke čiščenja in delne kristalizacije.
V zadnjem desetletju se je večina svetovne primarne galije preselila na Kitajsko, ki zdaj oskrbuje približno 70% svetovnega galija. Druge primarne države pridelave vključujejo Ukrajino in Kazahstan.
Približno 30% letne proizvodnje galija se pridobiva iz ostankov in materialov, ki jih je mogoče reciklirati, kot so vaflji, ki vsebujejo GaAs. Večina recikliranja gallija na Japonskem, v Severni Ameriki in Evropi.
Geološka raziskava ZDA ocenjuje, da je bil 310MT rafiniranega gallija izdelan leta 2011.
Največji proizvajalci na svetu so Zhuhai Fangyuan, Peking Jiya Semiconductor Materials in Recapture Metals Ltd.
Aplikacije:
Ko legirani galij nagiba k korodiranju ali je kovine, kot je jeklo, krhke. Ta lastnost, skupaj z izjemno nizko temperaturo taljenja, pomeni, da se galij v konstrukcijskih aplikacijah malo uporablja.
V svoji kovinski obliki se galijev uporablja v spajkah in talinah z nizko stopnjo taljenja, kot je Galinstan ®, toda najpogosteje se nahaja v polprevodniških materialih.
Glavne aplikacije galije lahko razdelimo v pet skupin:
1. Polprevodniki: Obračunavanje približno 70% letne porabe galija, vaflji GaAs so hrbtenica številnih sodobnih elektronskih naprav, kot so pametne telefone in druge brezžične komunikacijske naprave, ki se zanašajo na sposobnost varčevanja z energijo in povečanje zmogljivosti GaAs IC.
2. Svetleče diode (LED): od leta 2010 se svetovno povpraševanje po galijih iz LED sektorja, po poročanju, podvojilo zaradi uporabe visoko svetlečih LED v mobilnih in ravnih zaslonih. Globalna usmeritev k večji energetski učinkovitosti je tudi privedla do vladne podpore za uporabo LED osvetlitve pred žarilno in kompaktno fluorescenčno razsvetljavo.
3. Sončna energija: uporaba galija pri uporabi v sončni energiji je osredotočena na dve tehnologiji:
- GaAs koncentrator sončne celice
- Solarne celice s tankim filmom kadmij-indij-galij-selenid (CIGS)
Kot visoko učinkovite fotonapetostne celice sta obe tehnologiji imeli uspeh pri specializiranih aplikacijah, zlasti v povezavi z vesoljskimi in vojaškimi, vendar še vedno soočajo z ovirami za obsežno komercialno uporabo.
4. Magnetni materiali: Visoka trdnost, trajni magneti so ključna sestavina računalnikov, hibridnih avtomobilov, vetrnih turbin in različnih drugih elektronskih in avtomatskih naprav. Majhni dodatki galija se uporabljajo v nekaterih trajnih magnetih, vključno z magnetom neodim- železo - bor (NdFeB).
5. Druge aplikacije:
- Posebne zlitine in spoji
- Močna ogledala
- Z plutonijem kot jedrskim stabilizatorjem
- Zlitina niklja - manganov - galijevega spomina
- Katalizator nafte
- Biomedicinske aplikacije, vključno s farmacevtskimi izdelki (galijev nitrat)
- Fosforji
- Neutrino odkrivanje
Viri:
Softpedia. Zgodovina LED (svetleče diode).
Vir: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs (1993), "Kemija aluminija, galija, indija in talija". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V polprevodniki, zgodovina v RF aplikacijah." ECS Trans . 2009, zvezek 19, številka 3, strani 79-84.
Schubert, E. Fred. Svetleče diode . Politehnični inštitut Rensselaer, New York. Maj 2003.
USGS. Mineralna Povzetka blaga: Gallium.
Vir: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM poročilo. Kovine po-proizvodu: razmerje med aluminijem in galijem .
URL: www.strategic-metal.typepad.com