Մետաղական պրոֆիլ. Gallium

Փոքր մետաղները, որոնք օգնում են LED լույսերը փայլում են պայծառ

Gallium- ը քայքայիչ, արծաթափայլ գունավոր մետաղ է, որը հալեցնում է սենյակային ջերմաստիճանը եւ հաճախ օգտագործվում է կիսահաղորդչային միացությունների արտադրության մեջ:

Հատկություններ `

• Ատոմային խորհրդանիշ. Ga
• Ատոմային համարը `31
• Element Կատեգորիա: Post-transition metal
• Խտություն `5.91 գ / սմ (73 ° F / 23 ° C)
• Հալման կետ `85.58 ° F (29.76 ° C)
• Եռման կետ `3999 ° F (2204 ° C)
• Moh's Hardness: 1.5

Բնութագրերը `

Մաքուր գալիումը արծաթափայլ սպիտակ է եւ հալեցնում է 85 ° F (29.4 ° C) ջերմաստիճանում:

Մետաղը մնում է հալված վիճակում մինչեւ մոտ 4000 ° F (2204 ° C), տալով այն ամենի մետաղական տարրերի ամենամեծ հեղուկը:

Gallium- ը մի քանի մետաղներից մեկն է, որն ընդլայնվում է, քանի որ սառչում է, ընդամենը 3% -ով ավել ծավալով:

Թեեւ գալը հեշտությամբ համաձուլում է այլ մետաղներով, այն քայքայիչ է , տարածվում է ցանցի մեջ եւ թուլանում է շատ մետաղներ: Դրա ցածր հալման կետը, այնուամենայնիվ, օգտակար է որոշակի ցածր հալեցման համաձուլվածքների մեջ:

Ի տարբերություն սնդիկի , որը նույնպես հեղուկ է սենյակային ջերմաստիճանի պայմաններում, գալիումը wets է մաշկի եւ ապակի, դարձնելով այն ավելի դժվար է կարգավորել: Գալլումը գրեթե թունավոր չէ, քանի որ սնդիկ է:

Պատմություն.

1875-ին հայտնաբերվել է Պոլ-Էմիլ Լեկոգ դե Բոյսբուդրանը, սալաքարային հանքաքարերի ուսումնասիրության ժամանակ, գալը չօգտագործված ոչ առեւտրային ծրագրերում, մինչեւ 20-րդ դարի վերջին մասը:

Gallium- ը քիչ օգտագործվում է որպես կառուցվածքային մետաղ, սակայն դրա արժեքը շատ ժամանակակից էլեկտրոնային սարքերի մեջ չի կարելի նվազեցնել:

Գալլիի կոմերցիոն օգտագործումը մշակվել է լույսի արտանետվող դիոդների (LED) եւ III-V ռադիոհաճախականության (RF) կիսահաղորդչային տեխնոլոգիայի սկզբնական հետազոտություններից, որը սկսվել է 1950-ականների սկզբին:

1962 թ.-ին IBM ֆիզիկոս Ջ.Բ. Գուննի գալիում արսենի (GaAs) հետազոտությունը հանգեցրեց որոշակի կիսահաղորդչային խտանյութերով հոսող էլեկտրական հոսանքի բարձր հաճախականության ալիքի հայտնաբերմանը, որն այժմ հայտնի է որպես «Գունն ազդեցություն»: Այս բեկումն արծարծվել է վաղ զինվորական դետեկտորների համար, որոնք օգտագործվել են Gunn դիոդների միջոցով (որոնք նաեւ հայտնի են որպես փոխանցման էլեկտրոնային սարքեր), որոնք օգտագործվել են տարբեր ավտոմատացված սարքերում, ավտոմոբիլային ռադարային դետեկտորներից եւ ազդանշանային վերահսկիչներից մինչեւ խոնավության բովանդակության դետեկտորների եւ կողոպտիչ ահազանգեր:

GaAs- ի վրա հիմնված առաջին LED- ները եւ լազերները ստեղծվել են 1960-ականների սկզբին RCA- ի, GE- ի եւ IBM- ի հետազոտողները:

Սկզբում LED- ները միայն կարողացան արտադրել անտեսանելի ինֆրակարմիր լույսի ալիքները, սենսորների լույսերը սահմանափակելով եւ ֆոտո-էլեկտրոնային դիմումները: Սակայն դրանց պոտենցիալը, որպես էներգաարդյունավետ կոմպակտ լույսի աղբյուրներ, ակնհայտ էր:

1960-ականների սկզբին Texas Instruments- ը սկսեց LED- ների վաճառքը: 1970-ականների սկզբին ժամացույցների եւ հաշվիչ ցուցանակներում օգտագործվող վաղ թվային ցուցադրման համակարգերը շուտով մշակվել էին LED backlighting համակարգերով:

1970-ականների եւ 1980-ականների հետագա հետազոտությունները հանգեցրին ավելի արդյունավետ տրանսպորտային միջոցների, LED տեխնոլոգիաների առավել հուսալի եւ ծախսարդյունավետ դարձնելու համար: Գալիում-ալյումինե-մկնդեղի (GaAlAs) կիսահաղորդչային միացությունների զարգացումը հանգեցրեց LED- ների, որոնք նախորդից տասը անգամ ավելի պայծառ էին, իսկ LED- ների գունային սպեկտրը նաեւ զարգացած է նոր, գալում-պարունակող կիսաթթվային նյութերի վրա, ինչպիսիք են ինդի -գալիում-նիտրիտ (InGaN), գալիում-արսենիդ-ֆոսֆիդ (GaAsP) եւ գալլի-ֆոսֆիդ (GaP):

1960-ականների վերջերին GaAs- ի ուղեկցող հատկությունները հետազոտվել են նաեւ որպես տիեզերական հետազոտության համար արեւային էներգիայի աղբյուրների մի մաս: 1970 թ. Խորհրդային հետազոտական ​​թիմը ստեղծեց առաջին GaAs heterostructural արեւային բջիջները:

Ընդ որում, օպտոէլեկտրոնային սարքերի եւ ինտեգրալ սխեմաների (ICs) արտադրության խթանումը, GaAs վաֆայի պահանջարկը աճել է 1990-ականների վերջին եւ 21-րդ դարի սկզբին, բջջային կապի եւ այլընտրանքային էներգիայի տեխնոլոգիաների զարգացման հետ կապակցությամբ:

Զարմանալի չէ, որ այս աճող պահանջարկի նկատմամբ, 2000-ից 2011 թթ. Գլոբալ առաջնային գալիումի արտադրությունը ավելի քան կրկնակի է մոտավորապես 100 տրետր տոննայից (MT) ավելի քան 300 ՄԹ-ով:

Արտադրություն `

Երկրի խառնուրդի միջին գաղութային պարունակությունը գնահատվում է մոտ 15 մասի մեկ միլիոնով, մոտավորապես նման է լիտիումի եւ ավելի տարածվածից, քան կապարի մեջ : Այնուամենայնիվ, մետաղը լայնորեն ցրված է եւ ներկա է մի քանի տնտեսապես հանածո հանքանյութերի:

Քանի որ արտադրված բոլոր առաջնային գալիքի 90% -ը ներկայումս արդյունահանվում է բոքսիտից `ալյումինի նախշըրող ալյումինի (Al2O3) վերամշակման ընթացքում:

Սալերիտի հանքանյութերի վերամշակման ընթացքում ցինկ արդյունահանման արդյունահանման արդյունքում արտադրվում է մի փոքր քանակությամբ գալլիում:

Ալյումինի հանքաքարի վերամշակման գործընթացում Bayer- ի գործընթացի ընթացքում մանրացված հանքաքարը լվանում է նատրիումի հիդրոքսիդի (NaOH) տաք լուծույթով: Սա նորոգում է ալյումինից մինչեւ նատրիումի ալյումինաթը, որը տեղակայվում է տանկերի մեջ, մինչդեռ նատրիումի հիդրոքսիդի լիկյորը, որն այժմ պարունակում է գալիում, վերաօգտագործման համար հավաքվում է:

Քանի որ այս լիկյորը վերամշակվում է, գալիլիում պարունակությունը մեծանում է յուրաքանչյուր ցիկլից հետո, մինչեւ այն հասնում է մոտավորապես 100-125 ppm մակարդակին: Այնուհետեւ խառնուրդը կարող է վերցվել եւ կենտրոնանալ որպես gallate լուծիչով լուծույթ օգտագործելով օրգանական շեղատող նյութեր:

Էլեկտրական լոգարանում 104-140 ° F (40-60 ° C) ջերմաստիճաններում նատրիումի գալատը վերածվում է անթափանց գալիի: Թթվով լվացելուց հետո այն կարող է զտված լինել ծակոտկենային կամ ապակե թիթեղների միջոցով `99.9-99.99% գալյում մետաղ:

99.99% -ն GaAs- ի ստանդարտ պրեկուրսորային դասակարգն է, սակայն նոր օգտագործման համար պահանջվում է ավելի բարձր մաքրություններ, որոնք կարող են ձեռք բերել վակուումային մետաղը ջեռուցելով, անջատ տարրերը կամ էլեկտրաքիմիական մաքրումը եւ մասնակի բյուրեղացման մեթոդները:

Վերջին տասնամյակում աշխարհի առաջնային գալյուումի արտադրության մեծ մասը տեղափոխվել է Չինաստան, որն այժմ վաճառում է աշխարհի գալլիի մոտ 70% -ը: Այլ առաջնային արտադրող ազգերը ներառում են Ուկրաինան եւ Ղազախստանը:

Գալլիի տարեկան արտադրության շուրջ 30% -ը արդյունահանվում է ժայռից եւ վերամշակելի նյութերից, ինչպիսիք են GaAs պարունակող IC վաֆլերը: Գալիի վերամշակման մեծ մասը տեղի է ունենում Ճապոնիայում, Հյուսիսային Ամերիկայում եւ Եվրոպայում:

ԱՄՆ-ի երկրաբանական հետազոտությունը գնահատել է, որ 2011 թվականին արտադրվել է 310 ՄԹ զտված գալիում:

Աշխարհի խոշորագույն արտադրողներն են Zhuhai Fangyuan, Պեկին Jiya Semiconductor Materials եւ Recapture Metals Ltd.

Ծրագրեր.

Երբ alloyed gallium ձգտում է կոտրել կամ մետաղներ նման պողպատե փխրուն. Այս հատկությունը, ինչպես նաեւ իր ծայրահեղ ցածր հալեցման ջերմաստիճանը, նշանակում է, որ գալը մի փոքր օգտագործվում է կառուցվածքային ծրագրերում:

Գալլումը իր մետաղական ձեւով օգտագործվում է լարերի եւ ցածր հալված համաձուլվածքների մեջ, ինչպիսիք են Galinstan ®, բայց դա հաճախ հայտնաբերվում է կիսահաղորդչային նյութերի մեջ:

Գալիյումի հիմնական ծրագրերը կարող են դասակարգվել հինգ խմբերի մեջ.

1. Կիսահաղորդիչներ. Հաշվապահական հաշվեկշռի մոտ 70% տարեկան գալիումի սպառումը, GaAs wafers- ը շատ ժամանակակից էլեկտրոնային սարքերի օղակներն են, ինչպիսիք են սմարթֆոնները եւ այլ անլար հաղորդակցման սարքերը, որոնք ապավինում են GaAs IC- ների էներգախնայողության եւ ուժեղացման ունակություններին:

2. Light Emitting Diodes (LEDs): 2010 թ.-ից ի վեր, LED- ի ոլորտի գլալիում համաշխարհային պահանջարկը հաղորդվել է կրկնապատկվելով `բջջային եւ հարթ էկրանով ցուցադրվող էկրաններում բարձր պայծառ LED- ների օգտագործման շնորհիվ: Էներգաարդյունավետության մեծացման ուղղությամբ գլոբալ քայլը նույնպես հանգեցրել է իշխանության աջակցությանը LED լուսավորության օգտագործման համար շիկացած եւ կոմպակտ լյումուեսցենտային լուսավորության վրա:

3. Արեգակնային էներգիա. Գալիումի օգտագործումը արեւային էներգիայի կիրառման մեջ կենտրոնացած է երկու տեխնոլոգիաներով.

• GaAs- ի կենտրոնացված արեւային բջիջները
• Cadmium-indium-gallium-selenide (CIGS) բարակ ֆիլմի արեւային բջիջները

Որպես բարձր արդյունավետ ֆոտոգալվանային բջիջներ, երկու տեխնոլոգիաներն էլ հաջողություններ են ունեցել մասնագիտացված ծրագրերում, մասնավորապես օդային եւ ռազմական ոլորտների հետ կապված, սակայն դեռեւս խոշոր առեւտրային օգտագործման համար խոչընդոտներ են առաջանում:

4. Մագնիսական նյութեր. Բարձր ուժը, մշտական մագնիսները համակարգիչների, հիբրիդային ավտոմեքենաների, հողմատուրբինների եւ տարբեր այլ էլեկտրոնային եւ ավտոմատացված սարքավորումների հիմնական բաղադրիչն են: Գալլիի փոքր հավելումները օգտագործվում են որոշ մշտական ​​մագնիսներ, այդ թվում `neodymium- iron - bor (NdFeB) մագնիսները:

5. Այլ հայտեր `

• Մասնագիտացված համաձուլվածքներ եւ լեհերեն
• Հայելիներ
• Պլուտոնիում որպես միջուկային կայունացուցիչ
• Նիկել - մանգան - գաղլիում ձեւի հիշողություն խառնուրդ
• Նավթային կատալիզատոր
• Բիոմեդիկային դիմումները, այդ թվում `դեղամիջոցները (գալիումի նիտրատ)
• Ֆոսֆորներ
• Նեյտրինո հայտնաբերում

_{Աղբյուրները.}

_{Softpedia- ն: LED- ի պատմությունը (Light Emitting Diodes):}

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

_{Էնթոնի Ջոն Դունս, (1993), «Ալյումինի քիմիա, հալիում, ինդիում եւ թալիում»: Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5}

_{Barratt, Curtis A. "III-V Semiconductors, Պատմություն ՌԴ հայտերում": ECS Trans . 2009, Volume 19, Issue 3, էջ 79-84:}

_{Շուբերթ, Է. Ֆրեդ. Light-emitting դիոդներ : Ռենսսլեր պոլիտեխնիկական ինստիտուտ, Նյու Յորք: Մայիս 2003 թ.}

_{USGS- ը: Հանքային ապրանքի ամփոփում. Գալիում:}

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

_{SM հաշվետվություն: By-product Metals: Ալյումինի-գալյումի հարաբերություն :}

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