Galij je jedka kovina srebrne barve, ki se topi blizu sobne temperature in se najpogosteje uporablja pri proizvodnji polprevodniških spojin.
Nepremičnine:
- Atomski simbol: Ga
- Atomska številka: 31
- Kategorija elementov: Povojna kovina
- Gostota: 5,91 g / cm³ (pri 73 ° F / 23 ° C)
- Tališče: 29.76 ° C
- Vrelišče: 2204 ° C
- Mohova trdota: 1,5
Značilnosti:
Čisti galij je srebrno bele barve in se topi pri temperaturah pod 85 ° F (29,4 ° C). Kovina ostane v staljenem stanju do skoraj 4000 ° F (2204 ° C), kar ji daje največji razpon tekočin od vseh kovinskih elementov.
Galij je ena redkih kovin, ki se širi, ko se ohladi, poveča se za nekaj več kot 3%.
Čeprav galij zlahka zlije z drugimi kovinami, je jedko, ki razpršijo rešetke in oslabijo večino kovin. Vendar pa je njegova nizka talilna vrednost uporabna v nekaterih zlitinah z nizkim tališčem.
V nasprotju z živo srebro, ki je tekoč tudi pri sobni temperaturi, galij zmoči kožo in steklo, zaradi česar je težje ravnati. Galij ni niti približno tako strupen kot živo srebro.
Zgodovina:
Odkrit leta 1875 Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran, ko je pregledal sfaleritske rude, galij ni uporabljal v nobenih komercialnih aplikacijah do zadnjega dela 20. stoletja.
Gallium je kot strukturna kovina malo uporaben, vendar njegove vrednosti v številnih sodobnih elektronskih napravah ni mogoče podceniti.
Komercialna uporaba galija se je razvila iz začetnih raziskav na diodah s svetlečimi diodami (LED) in polprevodniško tehnologijo III-V radijske frekvence (RF), ki so se začele v začetku petdesetih let prejšnjega stoletja.
Leta 1962 je raziskovanje IBM-ovega fizika J.B. Gunna o galijevem arsenidu (GaAs) pripeljalo do odkritja visokofrekvenčnega nihanja električnega toka, ki teče skozi določene polprevodniške trdne snovi - zdaj znane kot "Gunnov učinek". Ta preboj je utiral pot, da se zgodnji vojaški detektorji zgradijo z Gunnovimi diodami (znanimi tudi kot naprave za prenos elektronov), ki se od takrat uporabljajo v različnih avtomatiziranih napravah, od avtomobilskih radarskih detektorjev in krmilnikov signalov do detektorjev vsebnosti vlage in vloma alarmi.
Prve LED-svetilke in laserje na osnovi GaAs so v začetku šestdesetih let prejšnjega stoletja izdelali raziskovalci RCA, GE in IBM.
Na začetku so LED-ji lahko proizvajali le nevidne infrardeče svetlobne valove, ki so luči omejili na senzorje in foto-elektronske aplikacije. Toda njihov potencial energetsko učinkovitih kompaktnih virov svetlobe je bil očiten.
Na začetku šestdesetih let prejšnjega stoletja je Texas Instruments začel komercialno ponujati LED. Do 70. let prejšnjega stoletja so bili z uporabo sistemov za LED osvetlitev kmalu razviti zgodnji digitalni prikazovalni sistemi, ki se uporabljajo v ročnih urah in prikazovalnikih računov.
Nadaljnje raziskave v sedemdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja so prinesle učinkovitejše tehnike nanašanja, zaradi česar je tehnologija LED zanesljivejša in stroškovno učinkovitejša. Razvoj polprevodniških spojin galij-aluminij-arzen (GaAlAs) je privedel do LED, ki so bile desetkrat svetlejše od prejšnjih, barvni spekter pa je na voljo za LEDs tudi napredovali na podlagi novih polprevodnih podlag, ki vsebujejo galij, kot so indij-galij-nitrid (InGaN), galij-arsenid-fosfid (GaAsP) in galij-fosfid (GaP).
Do konca šestdesetih let prejšnjega stoletja so bile prevodne lastnosti GaAs raziskovane tudi kot del sončnih virov energije za raziskovanje vesolja. Leta 1970 je sovjetska raziskovalna skupina ustvarila prve sončne celice za heterostrukturo GaAs.
Ključnega pomena za izdelavo optoelektronskih naprav in integriranih vezij (IC) je povpraševanje po rezinah GaAs v poznem porastu 1990 in začetek 21. stoletja v povezavi z razvojem mobilne komunikacije in alternativne energije tehnologije.
Ni presenetljivo, da se je med letoma 2000 in 2011 svetovna proizvodnja primarnega galija več kot podvojila, od približno 100 metrskih ton na leto do več kot 300 milijonov ton.
Izdelava:
Ocenjuje se, da je povprečna vsebnost galija v zemeljski skorji približno 15 delov na milijon, približno podobna litiju in bolj pogosta kot svinca. Kovina pa je široko razpršena in je prisotna v le nekaj rudnih teles, ki jih je mogoče ekonomsko izkoristiti.
Kar 90% vsega proizvedenega primarnega galija je trenutno pridobljeno iz boksita med rafiniranjem glinice (Al2O3), predhodnika aluminij. Kot stranski proizvod nastaja majhna količina galija cink pridobivanje med rafiniranjem sfaleritne rude.
Med Bayerjevim postopkom rafiniranja aluminijeve rude v glinici se zdrobljena ruda opere z vročo raztopino natrijevega hidroksida (NaOH). Ta pretvori glinico v natrijev aluminat, ki se naseli v rezervoarjih, medtem ko se tekočina natrijevega hidroksida, ki zdaj vsebuje galij, zbira za ponovno uporabo.
Ker se ta tekočina reciklira, se vsebnost galija po vsakem ciklu poveča, dokler ne doseže ravni približno 100-125 ppm. Zmes lahko nato vzamemo in koncentriramo v obliki galata z ekstrakcijo topila z uporabo organskih kelatnih sredstev.
V elektrolitski kopeli pri 40-60 ° C 104-140 ° F natrijev galat pretvorimo v nečist galij. Po pranju s kislino lahko to filtriramo skozi porozne keramične ali steklene plošče, da dobimo 99,9-99,99% galijeve kovine.
99,99% je standardna ocena predhodnika za aplikacije GaAs, vendar nove uporabe zahtevajo večje čistosti, ki jih je mogoče doseči s segrevanje kovine pod vakuumom za odstranitev hlapnih elementov ali elektrokemijsko čiščenje in frakcijska kristalizacija metod.
V zadnjem desetletju se je velik del primarne proizvodnje galija na svetu preselil na Kitajsko, ki zdaj dobavlja približno 70% svetovnega galija. Druge države, ki primarno proizvajajo, so Ukrajina in Kazahstan.
Približno 30% letne proizvodnje galija se pridobi iz odpadnih materialov in materialov, ki jih je mogoče reciklirati, kot so IC-rezine, ki vsebujejo GaAs. Največ recikliranja galija se zgodi na Japonskem, v Severni Ameriki in Evropi.
The Ameriški geološki zavod po ocenah je bilo v letu 2011 proizvedenih 310MT rafiniranega galija.
Največji svetovni proizvajalci vključujejo Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials in Recapture Metals Ltd.
Prijave:
Ko se legirani galij korodira ali naredi kovine podobne jeklo krhka. Ta lastnost, skupaj z izjemno nizko temperaturo taljenja, pomeni, da je galij pri gradnji zelo malo uporaben.
V svoji kovinski obliki se galij uporablja v prodajalcih in zlitinah z nizko stopnjo tal, kot so Galinstan®, vendar ga najpogosteje najdemo v polprevodniških materialih.
Glavne aplikacije Galliuma lahko razvrstimo v pet skupin:
1. Polprevodniki: predstavljajo približno 70% letne porabe galija, plošče GaAs so temelj mnogih sodobnih elektronskih naprav naprave, kot so pametni telefoni in druge brezžične komunikacijske naprave, ki se zanašajo na zmožnost varčevanja z energijo in ojačevanja GaAs IC-ji.
2. Svetleče diode (LED): Od leta 2010 se je svetovno povpraševanje po galiju iz LED sektorja podvojilo zaradi uporabe LED svetilk visoke svetlosti na mobilnih in ravnih zaslonskih zaslonih. Globalni premik k večji energetski učinkovitosti je prav tako privedel do podpore vlade za uporabo LED razsvetljave pri žarilni in kompaktni fluorescenčni osvetlitvi.
3. Sončna energija: Uporaba Gallija v sončni energiji je usmerjena na dve tehnologiji:
- Sončne celice koncentratorja GaAs
- Kadmijeve-indijeve-galijeve selenidne (CIGS) tankoslojne sončne celice
Obe tehnologiji sta bili kot zelo učinkovite fotonapetostne celice uspešni v specializiranih aplikacije, zlasti povezane z vesoljskim in vojaškim, vendar se še vedno spopadajo z velikimi ovirami komercialna uporaba.
4. Magnetni materiali: Visoka trdnost, trajna magneti so ključna sestavina računalnikov, hibridnih avtomobilov, vetrnih turbin in razne druge elektronske in avtomatizirane opreme. Majhni dodatki galija se uporabljajo v nekaterih trajnih magnetih, vključno z neodim-železo-bor (NdFeB) magneti.
5. Druge aplikacije:
- Posebne zlitine in prodajalci
- Mokra ogledala
- S plutonijem kot jedrskim stabilizatorjem
- Nikelj-mangan-galijska spominska zlitina
- Naftni katalizator
- Biomedicinske aplikacije, vključno s farmacevtskimi izdelki (galijev nitrat)
- Fosfor
- Neutrinsko odkrivanje
Viri:
Softpedia. Zgodovina LED-diod (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, letnik 19, številka 3, strani 79–84.
Schubert, E. Fred. Svetleče diode. Rensselaer Polytechnic Institute, New York. Maj 2003
USGS. Povzetek mineralnih surovin: Gallium.
Vir: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Poročilo SM. Kovine stranskih izdelkov: Odnos aluminija in galija.
URL: www.strategic-metal.typepad.com