Minor Metal koji pomaže u osvjetljavanju LED svjetla
Nekretnine:
- Atomski simbol: Ga
- Atomski broj: 31
- Element Kategorija: Post-tranzicijski metali
- Gustina: 5,91 g / cm³ (na 73 ° F / 23 ° C)
- Tačka topljenja: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Tačka ključanja: 3999 ° F (2204 ° C)
- Tvrdoća Moha: 1,5
Karakteristike:
Čisti galijum je srebrno-bijeli i raste na temperaturama ispod 85 ° F (29,4 ° C).
Metal ostaje u topljenom stanju do približno 4000 ° F (2204 ° C), dajući im najveći tečni raspon svih metalnih elemenata.
Galijum je jedan od samo nekoliko metala koji se širi dok se hladi, povećavajući se za nešto više od 3%.
Iako je galijum lako legura sa drugim metalima, ona je korozivna , difuzira u mrežu i slabi većinu metala. Njegova niska tačka taljenja, međutim, čini je korisnom u određenim niskim talasima legura.
Za razliku od žive , koja je takođe tečna na sobnim temperaturama, galijum omekšava kožu i staklo, što otežava rukovanje. Galijum nije skoro toksičan kao živa.
Istorija:
Otkriven 1875. godine od strane Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran dok je ispitao sfhaleritne rude, galijum se nije koristio u bilo kom komercijalnim aplikacijama sve do drugog 20. veka.
Galijum je malo koristi kao strukturalni metal, ali njegova vrijednost u mnogim modernim elektronskim uređajima ne može biti podcijenjena.
Komercijalne upotrebe galijuma razvijene su od inicijalnog istraživanja svetlosnih dioda (LED) i poluprovodničke tehnologije III-V radio-frekvencije (RF), koja je započela početkom 1950-ih.
1962. godine, istraživanje fizičara IBM JB Gunn-a o galijum arsenidu (GaAs) dovelo je do otkrivanja visokofrekventne oscilacije električne struje koja prolazi kroz određene poluprovodničke čvrste materije - sada poznate kao "Gunn efekat". Ovaj proboj omogućio je izgradnju ranih vojnih detektora koristeći Gunnove diode (poznate i kao prenosni elektronski uređaji) koji su se od tada koristili u različitim automatizovanim uređajima, od automatskih radarskih detektora i kontrolera signala do detektora sadržaja vlage i alarmnih sredstava za provale.
Prve LED-e i lasere zasnovane na GaAs-u proizvedeni su početkom 1960-ih istraživači na RCA, GE i IBM.
U početku, LED diode su jedino u mogućnosti da proizvode nevidljive infracrvene svetlosne talase, ograničavajući svetla na senzore i foto-elektronske aplikacije. Ali njihovi potencijali kao energetski efikasni kompaktni izvori svetlosti bili su očigledni.
Početkom 1960-ih, Texas Instruments je počeo da nudi LED diode komercijalno. Do 1970-ih, rani sistemi digitalnog prikaza, koji se koriste u satovima i ekranima kalkulatora, ubrzo su razvijeni pomoću sistema LED pozadinskog osvetljenja.
Dalja istraživanja u 1970-im i 1980-im godinama rezultirale su efikasnijim tehnikama depozicije, čineći LED tehnologiju pouzdanom i isplativijom. Razvojem poluprovodničkih spojeva galijum-aluminijum-arsen (GaAlAs) rezultiralo je LED-om koji su bili deset puta svetliji od prethodnih, dok je spektar boja dostupan LED-u takođe napredan na bazi novih poluprovodljivih supstratnih materijala, koji sadrže galijum, kao što je indijum -galijum-nitride (InGaN), galijum-arzenid-fosfid (GaAsP) i galijum-fosfid (GaP).
Krajem šezdesetih godina provedena su GaAs provodna svojstva kao dio solarne energije za istraživanje svemira. 1970. godine, sovjetski istraživački tim je stvorio prve GaAs heterostruktore solarne ćelije.
Kritično za proizvodnju optoelektronskih uređaja i integrisanih kola (IC), potražnja za GaAs pločama je porasla krajem devedesetih i početkom XX veka u korelaciji sa razvojem mobilnih komunikacija i alternativnih energetskih tehnologija.
Nije iznenađujuće, u odgovoru na ovu rastuću potražnju, između 2000. i 2011. godine, globalna primarna proizvodnja galijuma se više nego udvostručila sa oko 100 metričkih tona (MT) godišnje na preko 300MT.
Produkcija:
Prosečni sadržaj galijuma u zemaljskoj kori procenjuje se na oko 15 delova na milion, otprilike sličan litijumu i češći od olova . Međutim, metala je široko rasprostranjena i prisutna u nekoliko ekonomski ekstraktibilnih rudnih tijela.
Čak 90% svih primarnih galijuma trenutno se ekstrahuje iz boksita tokom rafiniranja glinice (Al2O3), prekursora aluminijuma .
Mala količina galijuma proizvedena je kao nusproizvod ekstrakcije cinka tokom prerade sfhaleritne rude.
Tokom Bayerovog procesa rafinisanja aluminijumske rude na glinicu, drobljena ruda se opere vrućim rastvorom natrijum hidroksida (NaOH). Ovo pretvara aluminijum u natrijum aluminat, koji se naslanja u rezervoare dok se natrijum-hidroksidna tečnost koja sad sadrži galijum sakuplja za ponovno korišćenje.
Zbog toga što se ovaj alkohol reciklira, sadržaj galijuma se povećava nakon svakog ciklusa dok ne dostigne nivo od oko 100-125ppm. Smeša se zatim može uzimati i koncentrirati kao galat ekstrakcijom rastvarača pomoću organskih agensa za keliranje.
U elektrolitičkoj kupki na temperaturama od 104-140 ° F (40-60 ° C), natrijum galat se pretvara u nečišćeni galijum. Nakon pranja u kiselini, onda se može filtrirati kroz porozne keramičke ili staklene ploče da bi se stvorio 99,9-99,99% galijum metala.
99,99% je standardni razred prethodnika za GaAs aplikacije, ali nove upotrebe zahtevaju veću čistoću koja se može postići zagrevanjem metala pod vakuumom radi uklanjanja nestabilnih elemenata ili elektrohemijskog prečišćavanja i frakcionih metoda kristalizacije.
Tokom protekle decenije, većina svetske primarne proizvodnje gallija preselila se u Kinu koja sada snabdeva oko 70% svetskog galijuma. Druge primarne države za proizvodnju uključuju Ukrajinu i Kazahstan.
Oko 30% godišnje proizvodnje galijuma se dobija iz otpadaka i materijala koji se mogu reciklirati, kao što su IC ploče koje sadrže GaAs. Većina recikliranja galijuma odvija se u Japanu, Severnoj Americi i Evropi.
Američko geološko istraživanje procenjuje da je 310MT rafinisanog gallija proizveden 2011. godine.
Najveći svjetski proizvođači su Zhuhai Fangyuan, Peking Jiya Semiconductor Materials i Recapture Metals Ltd.
Aplikacije:
Kada legirani galijum ima tendenciju da korodira ili čini metale kao čelik krhke. Ova osobina, zajedno sa svojom izuzetno niskom temperaturom taljenja, znači da se galijum ne koristi u strukturalnim primenama.
U metalnom obliku, galijum se koristi u spajalicama i niskim talasima , kao što je Galinstan® , ali najčešće se nalazi u poluprovodničkim materijalima.
Glavne aplikacije galije mogu se kategorizirati u pet grupa:
1. Poluprovodnici: Računanje oko 70% godišnje potrošnje galijuma, wafers GaAs su okosnica mnogih savremenih elektronskih uređaja, kao što su pametni telefoni i drugi bežični komunikacijski uređaji koji se oslanjaju na sposobnost štednje energije i pojačavanje GaAs ICs-a.
2. Svetleće diode (LED): od 2010. godine, globalna potražnja za galijumom iz LED sektora je, kako se izveštava, udvostručila, zahvaljujući korišćenju LED svetala visoke osvetljenosti na ekranima za prikazivanje mobilnih i ravnih ekrana. Globalno kretanje ka većoj energetskoj efikasnosti takođe je dovelo do podrške vlade za korištenje LED osvjetljenja preko talasastog i kompaktnog fluorescentnog osvjetljenja.
3. Solarna energija: upotreba galijuma u primeni solarne energije fokusirana je na dvije tehnologije:
- GaAs koncentrator solarne ćelije
- Solarne ćelije tankog filma od kadmijum-indijum-galijum-selenid (CIGS)
Kao visoko efikasne fotonaponske ćelije, obe tehnologije su imale uspeh u specijalizovanim aplikacijama, naročito u vezi sa vazduhoplovnim i vojnim, ali i dalje suočavaju se sa preprekama velikoj komercijalnoj upotrebi.
4. Magnetni materijali: Visoka čvrstoća, trajni magneti su ključna komponenta računara, hibridni automobili, vjetroelektrane i razne druge elektronske i automatske opreme. Mala dodatka galijuma koriste se u nekim trajnim magnetima, uključujući magnete neodimijum- željezo - bor (NdFeB).
5. Ostale aplikacije:
- Specijalne legure i spajalice
- Mokri zrcala
- Sa plutonijumom kao nuklearni stabilizator
- Nikal - mangan- galijum legure legure memorije
- Naftni katalizator
- Biomedicinske aplikacije, uključujući farmaceutske proizvode (galijum nitrat)
- Fosfor
- Detekcija neutrina
Izvori:
Softpedia. Istorija LED dioda (dioda koja emituju svetlost).
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), "Hemija aluminijuma, galijuma, indijuma i talijuma". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V Semiconductors, istorija u RF primenama." ECS Trans . 2009, Tom 19, Izdanje 3, Str. 79-84.
Schubert, E. Fred. Svetleće diode . Rensselaer Polytechnic Institute, Njujork. Maj 2003.
USGS. Mineralni izvještaji o robi: galijum.
Izvor: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM Report. Metali po proizvodima: Aluminijum-galijum veza .
URL: www.strategic-metal.typepad.com