Gallium je žíravý, stříbrně zbarvený menší kov, který se taví při pokojové teplotě a nejčastěji se používá při výrobě polovodičových sloučenin.
Vlastnosti:
- Atomový symbol: Ga
- Atomové číslo: 31
- Kategorie prvku: kov po přechodu
- Hustota: 5,91 g / cm3 (při 73 ° F / 23 ° C)
- Teplota tání: 29,76 ° C
- Bod varu: 3999 ° F (2204 ° C)
- Mohova tvrdost: 1.5
Vlastnosti:
Čisté gallium je stříbřitě bílé a taje při teplotách pod 29,4 ° C. Kov zůstává v roztaveném stavu až do téměř 4 000 ° F (2204 ° C), což mu poskytuje největší rozsah kapalin ze všech kovových prvků.
Gallium je jedním z mála kovů, které se při ochlazování rozšiřuje a jeho objem se zvyšuje o něco více než 3%.
Ačkoli gallium snadno leguje s jinými kovy, to je korozívní, rozšiřující se do mříže a oslabující většinu kovů. Jeho nízká teplota tání je však užitečná v určitých slitinách s nízkou teplotou tání.
Naproti tomu rtuť, který je při pokojové teplotě také tekutý, gallium namočí pokožku i sklo, což znesnadňuje manipulaci. Gallium není zdaleka tak toxické jako rtuť.
Dějiny:
Gallium, objevené v roce 1875 Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran při zkoumání sphaleritových rud, nebylo použito v komerčních aplikacích až do druhé poloviny 20. století.
Gallium je málo užitečný jako strukturální kov, ale jeho hodnotu v mnoha moderních elektronických zařízeních nelze podceňovat.
Komerční využití gallia se vyvinula z počátečního výzkumu polovodičových technologií LED, vyzařujících světlo a vysokofrekvenčních (VF) polovodičových technologií, které začaly na počátku 50. let.
V roce 1962 vedl IBM fyzik J.B. Gunn o arzenidu gallia (GaAs) k objevu vysokofrekvenční oscilace elektrického proudu protékajícího určitým polovodivé pevné látky - nyní známé jako „Gunnův efekt“. Tento průlom připravil cestu pro časné vojenské detektory být postaven používat Gunn diody (také známý jak přenosová elektronová zařízení), která se od té doby používají v různých automatizovaných zařízeních, od detektorů radarů automobilů a kontrolérů signálu po detektory vlhkosti a vloupání alarmy.
První LED a lasery založené na GaA byly vyrobeny na počátku 60. let vědci v RCA, GE a IBM.
Zpočátku byly LED schopny produkovat pouze neviditelné infračervené světelné vlny, omezující světla na senzory a fotoelektronické aplikace. Ale jejich potenciál jako energeticky účinných kompaktních světelných zdrojů byl zřejmý.
Začátkem šedesátých let společnost Texas Instruments začala nabízet LED diody komerčně. Sedmdesátými léty, brzy digitální zobrazovací systémy, použitý v hodinkách a kalkulačkách displeje, byl brzy vyvinut s použitím LED podsvícení systémy.
Další výzkum v 70. a 80. letech vyústil v efektivnější depoziční techniky, díky nimž byla technologie LED spolehlivější a nákladově efektivnější. Vývoj polovodičových sloučenin galia, hliníku a arsenu (GaAlAs) vedl k desetkrát jasnějším LED než předchozí, zatímco barevné spektrum dostupné VEDENÝJe také pokročilý na základě nových, polovodivých substrátů obsahujících gallium, jako je indium-gallium-nitrid (InGaN), gallium-arsenid-fosfid (GaAsP) a gallium-fosfid (GaP).
Koncem šedesátých let byly také zkoumány vodivé vlastnosti GaAs jako součást zdrojů sluneční energie pro průzkum vesmíru. V roce 1970 vytvořil sovětský výzkumný tým první GaAs heterostrukturní solární články.
Rozhodující pro výrobu optoelektronických zařízení a integrovaných obvodů (IC), poptávka po destičkách GaAs stoupala pozdě 90. a začátek 21. století ve vztahu k rozvoji mobilní komunikace a alternativní energie technologie.
Není divu, že v reakci na tuto rostoucí poptávku se v letech 2000 až 2011 celosvětová produkce primárního gallia více než zdvojnásobila z přibližně 100 tun za rok na více než 300 MT.
Výroba:
Průměrný obsah gallia v zemské kůře se odhaduje na asi 15 dílů na milion, což je zhruba podobné lithiu a častější než Vést. Kov je však široce rozptýlen a přítomen v několika ekonomicky těžitelných tělech rud.
Až 90% veškerého vyrobeného primárního gallia je v současné době extrahováno z bauxitu během rafinace aluminy (Al2O3), předchůdce hliník. Jako vedlejší produkt se vyrábí malé množství gallia zinek extrakce při rafinaci sfaleritové rudy.
Během Bayerova procesu rafinace hliníkové rudy na oxid hlinitý se drcená ruda promyje horkým roztokem hydroxidu sodného (NaOH). To přeměňuje aluminu na hlinitan sodný, který se usazuje v nádržích, zatímco louh hydroxidu sodného, který nyní obsahuje gallium, se shromažďuje pro opětovné použití.
Protože se tento louh recykluje, zvyšuje se obsah gallia po každém cyklu, dokud nedosáhne úrovně asi 100-125 ppm. Směs může být potom odebrána a zakoncentrována jako galát extrakcí rozpouštědlem za použití organických chelatačních činidel.
V elektrolytické lázni při teplotách 40 - 60 ° C se gallát sodný přemění na nečisté gallium. Po promytí v kyselině se pak může filtrovat přes porézní keramické nebo skleněné desky, aby se vytvořilo 99,9 až 99,99% kovového gallia.
99,99% je standardní prekurzorová třída pro aplikace GaAs, ale nová použití vyžadují vyšší čistoty, kterých lze dosáhnout zahřívání kovu ve vakuu pro odstranění těkavých prvků nebo elektrochemického čištění a frakční krystalizace metody.
Během posledního desetiletí se většina světové primární produkce gallia přemístila do Číny, která nyní dodává asi 70% světového gallia. Mezi další primární země patří Ukrajina a Kazachstán.
Asi 30% roční produkce gallia se získává ze šrotu a recyklovatelných materiálů, jako jsou IC destičky obsahující GaAs. K většině recyklace gallia dochází v Japonsku, Severní Americe a Evropě.
Americký geologický průzkum odhaduje, že v roce 2011 bylo vyrobeno 310MT rafinovaného galia.
Mezi největší světové producenty patří Zhuhai Fangyuan, Peking Jiya Semiconductor Materials a Recapture Metals Ltd.
Aplikace:
Když legované gallium inklinuje korodovat nebo dělat kovy podobné ocel křehký. Tato vlastnost spolu s extrémně nízkou teplotou tání znamená, že gallium se ve strukturálních aplikacích málo používá.
Ve své kovové formě se gallium používá v pájkách a slitinách s nízkou teplotou tání, jako je Galinstan®, ale nejčastěji se vyskytuje v polovodičových materiálech.
Hlavní aplikace Gallia lze rozdělit do pěti skupin:
1. Polovodiče: Oplatky GaAs, které představují asi 70% roční spotřeby gallia, jsou páteří mnoha moderních elektronických zařízení, jako jsou smartphony a další bezdrátová komunikační zařízení, která se spoléhají na schopnost úspory energie a zesílení Integrované obvody GaAs.
2. Světelné diody (LED): Od roku 2010 se celosvětová poptávka po galliu ze sektoru LED údajně zdvojnásobila v důsledku použití LED s vysokým jasem v mobilních a plochých obrazovkách. Globální posun směrem k vyšší energetické účinnosti vedl také k vládní podpoře pro použití LED osvětlení u žárovek a kompaktních zářivek.
3. Sluneční energie: Využití Gallia v aplikacích solární energie je zaměřeno na dvě technologie:
- GaAs koncentrátor solární články
- Kadmium-indium-gallium-selenid (CIGS) tenkovrstvé solární články
Jako vysoce účinné fotovoltaické články měly obě technologie úspěch ve specializaci aplikace, zejména související s leteckým a vojenským, ale stále čelí překážkám ve velkém měřítku komerční použití.
4. Magnetické materiály: Vysoká pevnost, stálá magnety jsou klíčovou součástí počítačů, hybridních automobilů, větrných turbín a různých dalších elektronických a automatizovaných zařízení. Malé přísady gallia se používají u některých permanentních magnetů, včetně neodymu-žehlička-bor (NdFeB) magnety.
5. Další aplikace:
- Speciální slitiny a pájky
- Smáčecí zrcátka
- S plutoniem jako jaderným stabilizátorem
- Nikl-manganslitina s tvarovou pamětí galia
- Ropný katalyzátor
- Biomedicínské aplikace, včetně léčiv (dusičnan gallnatý)
- Fosfory
- Detekce neutrin
Zdroje:
Softpedia. Historie LED diod (Light Emitting Diodes).
Zdroj: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Chemistry of Aluminium, Gallium, Indium and Thallium." Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "Polovodiče III-V, historie RF aplikací." ECS Trans. 2009, svazek 19, vydání 3, strany 79-84.
Schubert, E. Frede. Diody vyzařující světlo. Rensselaer Polytechnic Institute, New York. Květen 2003.
USGS. Shrnutí minerálních komodit: Gallium.
Zdroj: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Zpráva SM. Kovy vedlejšího produktu: vztah hliník-galium.
URL: www.strategic-metal.typepad.com