Minor metal koji pomaže LED svjetlima svijetli svijetlih
Nekretnine:
- Atomski simbol: Ga
- Atomski broj: 31
- Element Kategorija: Post-prijelazni metal
- Gustoća: 5,91 g / cm3 (pri 73 ° F / 23 ° C)
- Talište: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Točka vrenja: 3999 ° F (2204 ° C)
- Mohova tvrdoća: 1.5
Karakteristike:
Čisti galij je srebrno bijeli i topi na temperaturi ispod 29 ° C (85 ° F).
Metal ostaje u rastaljenom stanju do gotovo 4000 ° F (2204 ° C), što mu daje najveći raspon tekućine svih metalnih elemenata.
Gallium je jedan od samo nekoliko metala koji se širi dok se hladi, povećavajući volumen za nešto više od 3%.
Iako je galij lako legure s drugim metalima, korozivno je , difuzno u rešetku i slabi većinu metala. Njegova niska točka taljenja, međutim, čini ga korisnim u nekim legurama niske taline.
Za razliku od žive , koja je također tekuća pri sobnoj temperaturi, galija nosi i kožu i staklo, što ga čini teže rukovati. Gallium nije baš otrovan kao živa.
Povijest:
Otkrivena 1875 Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran tijekom ispitivanja rudače spalerite, galil nije bio korišten u bilo komercijalnim aplikacijama sve do posljednjeg dijela 20. stoljeća.
Gallium malo koristi kao strukturni metal, ali njegova vrijednost u mnogim suvremenim elektroničkim uređajima ne može biti understated.
Komercijalna uporaba galaja razvijena je od početnih istraživanja svjetlećih dioda (LED) i III-V radiofrekvencijske (RF) poluvodičke tehnologije koja je počela početkom 1950-ih.
Godine 1962. istraživanje IBM-ovog fizičara JB Gunn o galijskom arsenidu (GaAs) dovelo je do otkrića visokofrekventne oscilacije električne struje koja prolazi kroz određene poluvodičke čvrste tvari - sada poznate kao 'Gunn efekt'. Ovaj proboj omogućio je izgradnju ranih vojnih detektora pomoću Gunn dioda (također poznatih kao prijenosni elektronski uređaji) koji su se od tada koristili u raznim automatiziranim uređajima, od auto radar detektora i kontrolera signala do detektora sadržaja vlage i protuprovalnih alarma.
Prve LED diode i laseri temeljene na GaAs su proizvedeni u ranim 1960-ih od strane istraživača na RCA, GE i IBM.
U početku su LED-ovi mogli proizvoditi nevidljive infracrvene svjetlosne valove, ograničavajući svjetla senzorima i fotoelektroničkim aplikacijama. Ali njihov potencijal kao energetski učinkovit kompaktni izvori svjetlosti bio je očit.
Do početka 1960-ih, Texas Instruments je počeo oglašavati LED komercijalno. Do 1970-ih, rani sustavi digitalnog zaslona, koji se koriste u satovima i kalkulatorima, uskoro su razvijeni pomoću LED pozadinskog svjetla.
Daljnja istraživanja u sedamdesetim i osamdesetim godinama rezultirala su učinkovitijim tehnikama taloženja, što LED tehnologiju pouzdanije i troškovno učinkovitije. Razvoj gali-aluminij-arsen (GaAlAs) poluvodičkih spojeva rezultirao je LED-ima koji su bili deset puta svjetliji od prethodnih, dok je spektar boja dostupan LED-ima također napredovao na temelju novih, polu-provodljivih supstrata s galijem, kao što su indij gallium-nitrid (InGaN), galijev-arsenid-fosfid (GaAsP) i galijev fosfid (GaP).
Do kasnih šezdesetih godina prošlog stoljeća, vodljiva svojstva GaAs-a istraživana su i kao dio solarnih izvora energije za istraživanje svemira. 1970. godine, sovjetski istraživački tim stvorio je prve GaAs heterostrukture solarnih ćelija.
Ključno za proizvodnju optoelektroničkih uređaja i integriranih krugova (ICS), potražnja za WaAsovim vafalima skočila je krajem 1990-ih i početka 21. stoljeća u korelaciji s razvojem mobilnih komunikacija i alternativnih energetskih tehnologija.
Nije iznenađujuće, kao odgovor na ovu rastuću potražnju, između 2000 i 2011 globalna primarna galijska proizvodnja više od dvostruko od otprilike 100 tona godišnje do preko 300MT.
Proizvodnja:
Prosječni sadržaj galija u zemljinoj koralji procjenjuje se na oko 15 dijelova na milijun, otprilike slično litiju i češći od olova . Metal je, međutim, široko raspršen i prisutan u nekoliko ekonomski izvlačivih rudačnih tijela.
Čak 90% svih primarnih galija proizvedeno je trenutno ekstrahirano iz boksita tijekom prerade aluminija (Al2O3), prethodnika aluminija .
Mala količina galija se proizvodi kao nusprodukt cinkovog ekstrakcija tijekom prerade rudače spalerite.
Tijekom Bayerovog procesa rafiniranja aluminijske rude do glinice, zdrobljena ruda je isprana vrućom otopinom natrij hidroksida (NaOH). To pretvara aluminatu u natrij aluminat, koja se taloži u spremnicima dok se tekućina natrijevog hidroksida koja sad sadrži galij skuplja za ponovnu upotrebu.
Budući da se ova tekućina reciklira, sadržaj kalcija se povećava nakon svakog ciklusa dok ne dosegne razinu od oko 100-125ppm. Smjesa se zatim može uzeti i koncentrirati kao galat putem ekstrakcije otapalom upotrebom organskih kelatacijskih sredstava.
U elektrolitičnoj kupelji na temperaturi od 104-140 ° C (40-60 ° C), natrijev galat pretvara se u nečisti galij. Nakon pranja u kiselini, to se može filtrirati kroz porozne keramičke ili staklene ploče kako bi se stvorio 99,9-99,99% metal galija.
99,99% je standardni prekursorski stupanj za GaAs aplikacije, ali nove namjene zahtijevaju veće čistoće koje se mogu postići grijanjem metala pod vakuumom radi uklanjanja hlapljivih elemenata ili elektrokemijskog pročišćavanja i frakcijskih kristalizacijskih metoda.
Tijekom proteklog desetljeća, većina svjetske primarne galijalne proizvodnje preselila se u Kinu koja sada opskrbljuje oko 70% svjetskog galija. Ostale zemlje primarne proizvodnje uključuju Ukrajinu i Kazahstan.
Oko 30% godišnje proizvodnje galija se ekstrahira iz otpadaka i materijala koji se mogu reciklirati, kao što su IC čahuri koji sadrže GaAs. Većina recikliranja galija događa se u Japanu, Sjevernoj Americi i Europi.
US Geological Survey procjenjuje da je u 2011. godini proizvedeno 310MT rafiniranog galila.
Najveći svjetski proizvođači uključuju Zhuhai Fangyuan, Peking Jiya Semiconductor Materials i Recapture Metals Ltd.
Prijave:
Kada legirani galij priredi korodirati ili čine metale poput čelika krhki. Ova svojstva, zajedno s iznimno niskom temperaturom taljenja, znači da galij malo koristi u strukturnim primjenama.
U svom metalnom obliku, galij se koristi u lemnicama i niskim taljenim legurama, kao što je Galinstan® , ali se najčešće nalazi u poluvodičkim materijalima.
Glavne aplikacije Gallija mogu se svrstati u pet skupina:
1. Poluvodiči: Računajući oko 70% godišnje potrošnje galija, GaAsovi kišobrani su okosnica mnogih modernih elektroničkih uređaja kao što su pametni telefoni i drugi bežični komunikacijski uređaji koji se oslanjaju na uštedu energije i pojačavanje GaAs IC-ova.
2. Svjetleće diode (LED): Od 2010. godine globalna potražnja za galijem iz LED sektora navodno je udvostručena, zahvaljujući korištenju LED dioda visoke svjetline u mobilnim i ravnim zaslonom. Globalni pomak prema većoj energetskoj učinkovitosti također je doveo do državne podrške za korištenje LED rasvjete nad žarnom niti i kompaktnom fluorescentnom rasvjetom.
3. Sunčeva energija: Galijska uporaba u primjeni solarne energije usmjerena je na dvije tehnologije:
- GaAs koncentrator solarnih ćelija
- Kadmij-indij-galijev-selenid (CIGS) tankoslojne solarne ćelije
Kao visoko učinkovite fotonaponske ćelije, obje su tehnologije imale uspjehe u specijaliziranim aplikacijama, posebice vezane za zrakoplovnu i vojnu opremu, ali i dalje su suočene s velikim komercijalnim korištenjem.
4. Magnetski materijali: Visoka čvrstoća, trajni magneti su ključna komponenta računala, hibridnih automobila, vjetroturbina i raznih drugih elektroničkih i automatiziranih uređaja. Mali dodatak galija koristi se u nekim trajnim magnetima, uključujući neodimijsko- željezo - bremen (NdFeB) magnete.
5. Ostale prijave:
- Specijalne legure i lemnice
- Zamagljivanje ogledala
- S plutonom kao nuklearnim stabilizatorom
- Legura slitine nikal - mangan- galija
- Katalizator nafte
- Biomedicinske primjene, uključujući lijekove (galijev nitrat)
- fosfora
- Detekcija neutrina
izvori:
Softpedia. Povijest LED-a (svjetlećih dioda).
Izvor: 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, indij i talij." Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V poluvodiči, povijest u RF aplikacijama". ECS Trans . 2009, svezak 19, broj 3, stranice 79-84.
Schubert, E. Fred. Svjetleće diode . Politehnički institut Rensselaer, New York. Svibnja 2003.
USGS. Mineralni robni sažeci: galija.
Izvor: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM izvješće. Metali po proizvodu: odnos aluminij-galija .
URL: www.strategic-metal.typepad.com