Terdapat sejenis logam yang sangat ajaib. Dalam kehidupan seharian, ia kelihatan dalam bentuk cecair seperti merkuri. Jika anda menjatuhkannya pada tin, anda akan terkejut apabila mendapati botol itu menjadi rapuh seperti kertas, dan ia akan pecah hanya dengan cucuk. Di samping itu, menjatuhkannya pada logam seperti tembaga dan besi juga menyebabkan keadaan ini, yang boleh dipanggil "terminator logam". Apakah yang menyebabkan ia mempunyai ciri-ciri sedemikian? Hari ini kita akan memasuki dunia galium logam.
1. Apakah unsur itulogam galium
Unsur galium berada dalam kumpulan IIIA tempoh keempat dalam jadual unsur berkala. Takat lebur galium tulen adalah sangat rendah, hanya 29.78 ℃, tetapi takat didih setinggi 2204.8 ℃. Pada musim panas, kebanyakannya wujud sebagai cecair dan boleh cair apabila diletakkan di dalam tapak tangan. Daripada sifat-sifat di atas, kita dapat memahami bahawa galium boleh menghakis logam lain dengan tepat kerana takat leburnya yang rendah. Galium cecair membentuk aloi dengan logam lain, yang merupakan fenomena ajaib yang dinyatakan sebelum ini. Kandungannya dalam kerak Bumi hanya kira-kira 0.001%, dan kewujudannya tidak ditemui sehingga 140 tahun yang lalu. Pada tahun 1871, ahli kimia Rusia Mendeleev meringkaskan jadual unsur berkala dan meramalkan bahawa selepas zink, terdapat juga unsur di bawah aluminium, yang mempunyai sifat serupa dengan aluminium dan dipanggil "elemen seperti aluminium". Pada tahun 1875, apabila saintis Perancis Bowabordland sedang mengkaji undang-undang garis spektrum unsur logam dari keluarga yang sama, dia menemui jalur cahaya aneh dalam sphalerite (ZnS), jadi dia menemui "elemen seperti aluminium" ini, dan kemudian menamakannya sempena tanah airnya. Perancis (Gaul, Latin Gallia), dengan simbol Ga untuk mewakili unsur ini, jadi galium menjadi unsur pertama yang diramalkan dalam sejarah penemuan unsur kimia, dan kemudian menemui unsur yang disahkan dalam eksperimen.
Gallium diedarkan terutamanya di China, Jerman, Perancis, Australia, Kazakhstan dan negara-negara lain di dunia, yang mana rizab sumber galium China menyumbang lebih daripada 95% daripada jumlah dunia, terutamanya diedarkan di Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi dan tempat-tempat lain [1]. Dari segi jenis pengedaran, Shanxi, Shandong dan tempat-tempat lain terutamanya wujud dalam bauksit, Yunnan dan tempat-tempat lain dalam bijih timah, dan Hunan dan tempat-tempat lain terutamanya wujud dalam sphalerit. Pada permulaan penemuan logam galium, kerana kekurangan penyelidikan yang sepadan mengenai aplikasinya, orang sentiasa percaya bahawa ia adalah logam dengan kebolehgunaan yang rendah. Walau bagaimanapun, dengan perkembangan berterusan teknologi maklumat dan era tenaga baharu dan berteknologi tinggi, logam galium telah mendapat perhatian sebagai bahan penting dalam bidang maklumat, dan permintaannya juga telah meningkat dengan ketara.
2、 Bidang Aplikasi Gallium Logam
1. Medan semikonduktor
Gallium digunakan terutamanya dalam bidang bahan semikonduktor, dengan bahan galium arsenide (GaAs) paling banyak digunakan dan teknologinya paling matang. Sebagai pembawa penyebaran maklumat, bahan semikonduktor menyumbang 80% hingga 85% daripada jumlah penggunaan galium, terutamanya digunakan dalam komunikasi tanpa wayar. Penguat kuasa gallium arsenide boleh meningkatkan kelajuan penghantaran komunikasi kepada 100 kali ganda berbanding rangkaian 4G, yang boleh memainkan peranan penting dalam memasuki era 5G. Selain itu, galium boleh digunakan sebagai medium pelesapan haba dalam aplikasi semikonduktor kerana ciri termanya, takat lebur yang rendah, kekonduksian terma yang tinggi, dan prestasi aliran yang baik. Menggunakan logam galium dalam bentuk aloi berasaskan galium dalam bahan antara muka haba boleh meningkatkan keupayaan pelesapan haba dan kecekapan komponen elektronik.
2. Sel suria
Pembangunan sel suria telah berubah daripada sel solar silikon monohablur awal kepada sel filem nipis silikon polihablur. Disebabkan kos tinggi sel filem nipis silikon polihabluran, penyelidik telah menemui sel filem nipis indium gallium selenium (CIGS) kuprum dalam bahan semikonduktor [3]. Sel CIGS mempunyai kelebihan kos pengeluaran yang rendah, pengeluaran kumpulan besar, dan kadar penukaran fotoelektrik yang tinggi, sekali gus mempunyai prospek pembangunan yang luas. Kedua, sel suria gallium arsenide mempunyai kelebihan ketara dalam kecekapan penukaran berbanding sel filem nipis yang diperbuat daripada bahan lain. Walau bagaimanapun, disebabkan kos pengeluaran bahan galium arsenide yang tinggi, ia kini digunakan terutamanya dalam bidang aeroangkasa dan ketenteraan.
3. Tenaga hidrogen
Dengan peningkatan kesedaran tentang krisis tenaga di seluruh dunia, orang ramai berusaha untuk menggantikan sumber tenaga tidak boleh diperbaharui, yang mana tenaga hidrogen menonjol. Walau bagaimanapun, kos yang tinggi dan keselamatan penyimpanan dan pengangkutan hidrogen yang rendah menghalang pembangunan teknologi ini. Sebagai unsur logam yang paling banyak dalam kerak, aluminium boleh bertindak balas dengan air untuk menghasilkan hidrogen dalam keadaan tertentu, yang merupakan bahan simpanan hidrogen yang ideal, Walau bagaimanapun, disebabkan pengoksidaan mudah permukaan aluminium logam untuk membentuk filem aluminium oksida yang padat. , yang menghalang tindak balas, penyelidik telah mendapati bahawa galium logam takat lebur rendah boleh membentuk aloi dengan aluminium, dan galium boleh melarutkan salutan aluminium oksida permukaan, membolehkan tindak balas diteruskan [4], dan logam galium boleh dikitar semula dan digunakan semula. Penggunaan bahan aloi aluminium galium sangat menyelesaikan masalah penyediaan pantas dan penyimpanan dan pengangkutan tenaga hidrogen yang selamat, meningkatkan keselamatan, ekonomi dan perlindungan alam sekitar.
4. Bidang perubatan
Gallium biasanya digunakan dalam bidang perubatan kerana sifat radiasinya yang unik, yang boleh digunakan untuk pengimejan dan menghalang tumor malignan. Sebatian galium mempunyai aktiviti antikulat dan antibakteria yang jelas, dan akhirnya mencapai pensterilan dengan mengganggu metabolisme bakteria. Dan aloi galium boleh digunakan untuk membuat termometer, seperti termometer timah gallium indium, sejenis aloi logam cecair baharu yang selamat, tidak toksik, dan mesra alam, dan boleh digunakan untuk menggantikan termometer merkuri toksik. Di samping itu, sebahagian aloi berasaskan galium menggantikan amalgam perak tradisional dan digunakan dalam aplikasi klinikal sebagai bahan tampalan gigi baharu.
3. Tinjauan
Walaupun China adalah salah satu pengeluar utama galium di dunia, masih terdapat banyak masalah dalam industri galium China. Oleh kerana kandungan rendah galium sebagai mineral pendamping, perusahaan pengeluaran galium bertaburan, dan terdapat hubungan yang lemah dalam rantaian industri. Proses perlombongan mempunyai pencemaran alam sekitar yang serius, dan kapasiti pengeluaran galium ketulenan tinggi agak lemah, terutamanya bergantung pada pengeksportan galium kasar pada harga rendah dan mengimport galium bertapis pada harga tinggi. Walau bagaimanapun, dengan perkembangan sains dan teknologi, peningkatan taraf hidup rakyat, dan aplikasi galium yang meluas dalam bidang maklumat dan tenaga, permintaan untuk galium juga akan meningkat dengan pesat. Teknologi pengeluaran galium ketulenan tinggi yang agak mundur pasti akan mempunyai kekangan terhadap pembangunan perindustrian China. Membangunkan teknologi baharu adalah sangat penting untuk mencapai pembangunan sains dan teknologi yang berkualiti tinggi di China.
Masa siaran: Mei-17-2023