Metal Profile: Gallium

Ang Minor Metal na Tumutulong sa mga LED Lights Shine Bright

Ang Gallium ay isang kinakaingay, kulay-pilak na kulay na menor de edad na metal na natutunaw malapit sa temperatura ng kuwarto at kadalasang ginagamit sa produksyon ng mga compound na semiconductor.

Ari-arian:

• Atomic Symbol: Ga
• Atomic Number: 31
• Kategorya ng Elemento: Post-transition metal
• Densidad: 5.91 g / cm³ (sa 73 ° F / 23 ° C)
• Temperatura ng pagkatunaw: 85.58 ° F (29.76 ° C)
• Boiling Point: 3999 ° F (2204 ° C)
• Moh's Hardness: 1.5

Mga katangian:

Ang purong galyum ay kulay-pilak na puti at natutunaw sa mga temperatura sa ilalim ng 85 ° F (29.4 ° C).

Ang metal ay nananatili sa isang natunaw na estado hanggang sa halos 4000 ° F (2204 ° C), na nagbibigay nito ang pinakamalaking likido na hanay ng lahat ng mga elemento ng metal.

Ang Gallium ay isa lamang sa ilang mga riles na lumalawak habang ito ay lumalamig, lumalaki sa lakas ng tunog sa pamamagitan lamang ng higit sa 3%.

Bagaman madali ang haluang metal ng salamin sa iba pang mga metal, ito ay kinakaing unti-unti , nakakaapekto sa sala-sala ng, at nagpapahina ng karamihan sa mga riles. Gayunpaman, ang mababang lebel ng pagtunaw nito ay kapaki-pakinabang sa ilang mga mababang lebel na natunaw.

Bilang kabaligtaran sa mercury , na likido rin sa mga temperatura sa silid, ang gallium ay nagtatanggal ng parehong balat at salamin, na ginagawang mas mahirap panghawakan. Gallium ay hindi halos bilang nakakalason bilang mercury.

Kasaysayan:

Natuklasan noong 1875 ni Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran habang sinusuri ang sphalerite ores, galyum ay hindi ginamit sa anumang komersyal na mga aplikasyon hanggang sa huling bahagi ng ika-20 siglo.

Ang galyium ay maliit na paggamit bilang metal na pang-istruktura, ngunit ang halaga nito sa maraming mga modernong electronic device ay hindi maaaring maging understated.

Ang mga komersyal na paggamit ng galyum ay binuo mula sa paunang pananaliksik sa light-emitting diodes (LEDs) at III-V radio frequency (RF) semiconductor technology, na nagsimula noong unang mga 1950s.

Noong 1962, ang pananaliksik ng physicist ng IBM JB Gunn sa galyum arsenide (GaAs) ay humantong sa pagtuklas ng mataas na dalas na pag-oscillate ng mga kasalukuyang de-kuryenteng umaagos sa pamamagitan ng ilang mga solido na semiconducting - na kilala na ngayon bilang 'Gunn Effect.' Ang pagsulong na ito ay naghandog ng daan para sa mga unang nakikitang mga detektor ng militar na gagamitin gamit ang Gunn diodes (na kilala rin bilang mga aparato ng paglipat ng elektron) na mula noon ay ginagamit sa iba't ibang mga awtomatiko na aparato, mula sa mga detector ng radar ng kotse at mga controllers ng signal sa kahalumigmigan ng mga detektor ng nilalaman at mga alarma ng magnanakaw.

Ang unang LEDs at lasers batay sa GaAs ay ginawa noong unang bahagi ng 1960 ng mga mananaliksik sa RCA, GE, at IBM.

Sa una, ang mga LEDs ay nakagawa lamang ng divisible infrared lightwaves, nililimitahan ang mga ilaw sa mga sensors, at photo-electronic applications. Ngunit ang kanilang mga potensyal na bilang mahusay na enerhiya mahusay na mga pinagkukunan ng liwanag ay maliwanag.

Noong mga unang bahagi ng dekada ng 1960, nagsimulang mag-aalok ng Texas Instruments ang LEDs nang komersyo. Noong dekada 1970, ang mga maagang digital na sistema ng pagpapakita, na ginagamit sa mga relo at nagpapakita ng calculator, ay binuo sa lalong madaling panahon gamit ang LED backlighting system.

Ang karagdagang pananaliksik sa 1970s at 1980s ay nagresulta sa mas mahusay na diskarte sa pag-iingat, na ginagawang mas maaasahan at epektibo ang teknolohiya ng LED. Ang pag-unlad ng galyum-aluminyo-arsenic (GaAlAs) na mga semiconductor compound ay nagresulta sa mga LED na sampung beses na mas maliwanag kaysa sa nakaraan, habang ang spectrum ng kulay na magagamit sa LED ay advanced din batay sa mga bagong, galyum na naglalaman ng semi-kondaktibo substrates, tulad ng indium -gallium-nitride (InGaN), gallium-arsenide-phosphide (GaAsP), at gallium-phosphide (GaP).

Sa huling bahagi ng dekada 1960, ang mga katangian ng kondaktibo ng GaA ay sinaliksik din bilang bahagi ng solar power sources para sa paggalugad ng espasyo. Noong 1970, isang koponan ng pananaliksik ng Sobyet ang lumikha ng unang solar heterostructure solar cells.

Kritikal sa paggawa ng mga optoelectronic na aparato at integrated circuits (ICs), ang demand para sa GaAs wafers ay umuunlad sa huling bahagi ng dekada ng 1990 at simula ng ika-21 siglo sa ugnayan sa pagpapaunlad ng mobile na komunikasyon at alternatibong teknolohiya ng enerhiya.

Hindi kataka-taka, bilang tugon sa lumalaking demand na ito, sa pagitan ng 2000 at 2011 global pangunahing gallium production higit sa double mula sa humigit-kumulang na 100 metric tons (MT) bawat taon sa higit sa 300MT.

Produksyon:

Ang average na nilalaman ng gallium sa crust ng daigdig ay tinatantya na mga 15 bahagi bawat milyon, halos katulad ng lithium at mas karaniwan kaysa sa lead . Ang metal, gayunpaman, ay malawak na dispersed at kasalukuyan sa ilang mga ekonomiya extractable ng mineral na katawan.

Hangga't 90% ng lahat ng pangunahing gallium na gawa ay kasalukuyang nakuha mula sa bauxite sa panahon ng pagpino ng alumina (Al2O3), isang pauna sa aluminyo .

Ang isang maliit na halaga ng galyum ay ginawa bilang isang by-product ng sink extraction sa panahon ng pagpino ng sphalerite ore.

Sa panahon ng Proseso ng Bayer ng pagpino ng aluminum ore sa alumina, ang durog na mineral ay hugasan na may mainit na solusyon ng sosa hydroxide (NaOH). Nag-convert ito ng alumina sa sodium aluminate, na nag-aayos sa mga tangke habang ang sosa hydroxide na alak na naglalaman na ngayon ng gallium ay nakolekta para sa muling paggamit.

Dahil ang inumin na ito ay recycled, ang gallium content ay tataas pagkatapos ng bawat cycle hanggang umabot sa isang antas ng tungkol sa 100-125ppm. Ang halo ay maaaring kunin at puro bilang gallate sa pamamagitan ng solvent extraction gamit ang organic chelating agent.

Sa isang electrolytic bath sa mga temperatura ng 104-140 ° F (40-60 ° C), ang sodium gallate ay pinalitan sa marumi na galyum. Matapos ang paghuhugas sa asido, maaari itong ma-filter sa porous ceramic o glass plate upang lumikha ng 99.9-99.99% gallium metal.

Ang 99.99% ay karaniwang grado ng pasimula para sa mga aplikasyon ng GaAs, ngunit ang mga bagong gamit ay nangangailangan ng mas mataas na puri na maaaring makamit sa pamamagitan ng pag-init ng metal sa ilalim ng vacuum upang alisin ang mga pabagu-bago ng elemento o electrochemical purification at fractional crystallization method.

Sa nakalipas na dekada, ang karamihan sa produksyon ng pangunahing gallium sa mundo ay lumipat sa Tsina na ngayon ay nagbibigay ng 70% ng galyum sa mundo. Kasama sa iba pang mga pangunahing bansa ng paggawa ang Ukraine at Kazakhstan.

Humigit-kumulang 30% ng produksyon ng taunang galyum ay kinuha mula sa mga scrap at mga materyales na maaring magamit tulad ng GaAs na naglalaman ng mga wa ng IC. Ang karamihan sa pag-recycle ng galyum ay nangyayari sa Japan, North America, at Europa.

Tinatantya ng US Geological Survey na ang 310MT ng pinong galyum ay ginawa noong 2011.

Ang pinakamalaking producer ng mundo ay kasama ang Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials, at Recapture Metals Ltd.

Mga Application:

Kapag ang alloyed gallium ay may kaugaliang mag-corrode o gumawa ng mga metal tulad ng bakal na malutong. Ang katangiang ito, kasama ang napakababang temperatura ng pagkatunaw nito, ay nangangahulugan na ang galyum ay kaunting paggamit sa mga istruktura ng mga aplikasyon.

Sa kanyang metalikong form, galyum ay ginagamit sa mga solder at mababa ang matunaw na haluang metal, katulad ng Galinstan ®, ngunit ito ay madalas na matatagpuan sa mga materyales na semiconductor.

Ang mga pangunahing aplikasyon ng Gallium ay maaaring ikategorya sa limang grupo:

1. Semiconductors: Accounting para sa tungkol sa 70% ng pag-inom ng galyum taunang, GaAs wafer ay ang katigasan ng loob ng maraming mga modernong elektronikong aparato, tulad ng mga smartphone at iba pang wireless na mga aparato ng komunikasyon na umaasa sa kapangyarihan sa pagse-save at paglaki kakayahan ng GaAs ICs.

2. Light Emitting Diodes (LEDs): Mula noong 2010, ang global demand para sa gallium mula sa LED sector ay reportedly dinoble, dahil sa paggamit ng mataas na LEDs ng liwanag sa mobile at flat screen display screen. Ang pandaigdigang paglipat patungo sa mas malaking enerhiya na kahusayan ay humantong din sa suporta ng gobyerno para sa paggamit ng LED lighting sa paglipas ng maliwanag na maliwanag at compact fluorescent lighting.

3. Enerhiya ng enerhiya: Ang paggamit ng Gallium sa mga application ng enerhiya ng solar ay nakatuon sa dalawang teknolohiya:

• GaAs concentrator solar cells
• Kadmyum-indium-gallium-selenide (CIGS) manipis na film solar cells

Bilang mataas na mahusay na photovoltaic cells, ang parehong mga teknolohiya ay nagkaroon ng tagumpay sa nagdadalubhasang mga application, partikular na may kaugnayan sa aerospace at militar ngunit nahaharap pa rin ang mga hadlang sa malakihang komersyal na paggamit.

4. Mga magnetikong materyales: Mataas na lakas, permanenteng magneto ay isang pangunahing bahagi ng mga kompyuter, hybrid na sasakyan, turbina ng hangin at iba pang elektronikong at automated na kagamitan. Ang mga maliit na pagdaragdag ng galyum ay ginagamit sa ilang mga permanenteng magneto, kabilang ang neodymium- iron - boron (NdFeB) magnet.

5. Iba pang mga application:

• Mga espesyal na haluang metal at solder
• Mga salamin sa paglubog
• Sa pamamagitan ng plutonium bilang isang stabilizer ng nuclear
• Nikelado - mangganeso -gallium hugis memory haluang metal
• Petroleum catalyst
• Mga application ng biomedical, kabilang ang mga gamot (gallium nitrate)
• Phosphors
• Neutrino detection

_Pinagmulan:

_{Softpedia. Kasaysayan ng LEDs (Light Emitting Diodes).}

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

_{Anthony John Downs, (1993), "Kimika ng Aluminum, Gallium, Indium, at Thallium." Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5}

_{Barratt, Curtis A. "III-V Semiconductors, isang Kasaysayan sa Mga Aplikasyon ng RF." ECS Trans . 2009, Dami 19, Isyu 3, Mga Pahina 79-84.}

_{Schubert, E. Fred. Light-Emitting Diodes . Rensselaer Polytechnic Institute, New York. Mayo 2003.}

_{USGS. Mga Buod ng Mineral na Pangkalusugan: Gallium.}

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

_{SM Report. By-Product Metals: Ang Aluminyo-Gallium Relationship .}

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