Μεταλλικός Εξολοθρευτής – Γάλλιο

Υπάρχει ένα είδος μετάλλου που είναι πολύ μαγικό. Στην καθημερινή ζωή, εμφανίζεται σε υγρή μορφή όπως ο υδράργυρος. Εάν το ρίξετε σε ένα κουτί, θα εκπλαγείτε όταν διαπιστώσετε ότι το μπουκάλι γίνεται τόσο εύθραυστο όσο το χαρτί και θα σπάσει μόνο με ένα τρύπημα. Επιπλέον, η πτώση του σε μέταλλα όπως ο χαλκός και ο σίδηρος προκαλεί επίσης αυτή την κατάσταση, η οποία μπορεί να ονομαστεί "μεταλλικός τερματιστής". Τι το κάνει να έχει τέτοια χαρακτηριστικά; Σήμερα θα μπούμε στον κόσμο του μεταλλικού γαλλίου.

1, Τι είναι το στοιχείομέταλλο γάλλιο

Το στοιχείο του γαλλίου ανήκει στην ομάδα IIIA της τέταρτης περιόδου στον περιοδικό πίνακα στοιχείων. Το σημείο τήξης του καθαρού γαλλίου είναι πολύ χαμηλό, μόνο 29,78 ℃, αλλά το σημείο βρασμού είναι τόσο υψηλό όσο 2204,8 ℃. Το καλοκαίρι, το μεγαλύτερο μέρος του υπάρχει ως υγρό και μπορεί να λιώσει όταν τοποθετηθεί στην παλάμη. Από τις παραπάνω ιδιότητες, μπορούμε να καταλάβουμε ότι το γάλλιο μπορεί να διαβρώσει άλλα μέταλλα ακριβώς λόγω του χαμηλού σημείου τήξης του. Το υγρό γάλλιο σχηματίζει κράματα με άλλα μέταλλα, το οποίο είναι το μαγικό φαινόμενο που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η περιεκτικότητά του στον φλοιό της Γης είναι μόνο περίπου 0,001% και η ύπαρξή του ανακαλύφθηκε πριν από 140 χρόνια. Το 1871, ο Ρώσος χημικός Mendeleev συνόψισε τον περιοδικό πίνακα των στοιχείων και προέβλεψε ότι μετά τον ψευδάργυρο, υπάρχει επίσης ένα στοιχείο κάτω από το αλουμίνιο, το οποίο έχει παρόμοιες ιδιότητες με το αλουμίνιο και ονομάζεται «στοιχείο που μοιάζει με αλουμίνιο». Το 1875, όταν ο Γάλλος επιστήμονας Bowabordland μελετούσε τους νόμους της φασματικής γραμμής των μεταλλικών στοιχείων της ίδιας οικογένειας, βρήκε μια περίεργη φωτεινή ζώνη στον φαληρίτη (ZnS), έτσι βρήκε αυτό το «στοιχείο που μοιάζει με αλουμίνιο» και στη συνέχεια το ονόμασε από την πατρίδα του. Γαλλία (Gaul, Λατινική Gallia), με το σύμβολο Ga να αντιπροσωπεύει αυτό το στοιχείο, έτσι το γάλλιο έγινε το πρώτο στοιχείο που προβλέφθηκε στην ιστορία της ανακάλυψης χημικών στοιχείων και στη συνέχεια βρέθηκε το επιβεβαιωμένο στοιχείο στα πειράματα.

Το γάλλιο διανέμεται κυρίως στην Κίνα, τη Γερμανία, τη Γαλλία, την Αυστραλία, το Καζακστάν και άλλες χώρες στον κόσμο, εκ των οποίων τα αποθέματα πόρων γαλλίου της Κίνας αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 95% του παγκόσμιου συνόλου, κυρίως διανεμημένα σε Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi και άλλα μέρη [1]. Όσον αφορά τον τύπο διανομής, το Shanxi, το Shandong και άλλα μέρη υπάρχουν κυρίως στον βωξίτη, το Yunnan και άλλα μέρη στο μετάλλευμα κασσίτερου και το Hunan και άλλα μέρη υπάρχουν κυρίως στον φαληρίτη. Στην αρχή της ανακάλυψης του μετάλλου γαλλίου, λόγω της έλλειψης αντίστοιχης έρευνας για την εφαρμογή του, οι άνθρωποι πάντα πίστευαν ότι είναι ένα μέταλλο με χαμηλή χρηστικότητα. Ωστόσο, με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας των πληροφοριών και την εποχή της νέας ενέργειας και της υψηλής τεχνολογίας, το μέταλλο γάλλιο έχει λάβει την προσοχή ως σημαντικό υλικό στον τομέα της πληροφορίας και η ζήτηση του έχει επίσης αυξηθεί σημαντικά.

2, Πεδία Εφαρμογής Μεταλλικού Γάλλιου

1. Πεδίο ημιαγωγών

Το γάλλιο χρησιμοποιείται κυρίως στον τομέα των ημιαγωγών υλικών, με το υλικό αρσενιδίου του γαλλίου (GaAs) να είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και η τεχνολογία να είναι η πιο ώριμη. Ως φορέας διάδοσης πληροφοριών, τα υλικά ημιαγωγών αντιπροσωπεύουν το 80% έως 85% της συνολικής κατανάλωσης γαλλίου, που χρησιμοποιείται κυρίως στην ασύρματη επικοινωνία. Οι ενισχυτές ισχύος από αρσενίδιο του γαλλίου μπορούν να αυξήσουν την ταχύτητα μετάδοσης της επικοινωνίας έως και 100 φορές από εκείνη των δικτύων 4G, γεγονός που μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στην είσοδο στην εποχή του 5G. Επιπλέον, το γάλλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο διάχυσης θερμότητας σε εφαρμογές ημιαγωγών λόγω των θερμικών χαρακτηριστικών, του χαμηλού σημείου τήξης, της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και της καλής απόδοσης ροής. Η εφαρμογή μετάλλου γαλλίου με τη μορφή κράματος με βάση το γάλλιο σε υλικά θερμικής διεπαφής μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα απαγωγής θερμότητας και την αποτελεσματικότητα των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

2. Ηλιακά κύτταρα

Η ανάπτυξη των ηλιακών κυψελών έχει περάσει από τα πρώιμα ηλιακά κύτταρα μονοκρυσταλλικού πυριτίου σε κυψέλες λεπτής μεμβράνης πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Λόγω του υψηλού κόστους των κυψελών λεπτής μεμβράνης πολυκρυσταλλικού πυριτίου, οι ερευνητές ανακάλυψαν κύτταρα λεπτής μεμβράνης χαλκού ινδίου γαλλίου σεληνίου (CIGS) σε υλικά ημιαγωγών [3]. Τα κύτταρα CIGS έχουν τα πλεονεκτήματα του χαμηλού κόστους παραγωγής, της παραγωγής μεγάλης παρτίδας και του υψηλού ποσοστού φωτοηλεκτρικής μετατροπής, έχοντας έτσι ευρείες προοπτικές ανάπτυξης. Δεύτερον, οι ηλιακές κυψέλες από αρσενίδιο του γαλλίου έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα στην απόδοση μετατροπής σε σύγκριση με τις κυψέλες λεπτής μεμβράνης που κατασκευάζονται από άλλα υλικά. Ωστόσο, λόγω του υψηλού κόστους παραγωγής των υλικών αρσενιούχου γαλλίου, επί του παρόντος χρησιμοποιούνται κυρίως στον αεροδιαστημικό και στρατιωτικό τομέα.

3. Ενέργεια υδρογόνου

Με την αυξανόμενη συνειδητοποίηση της ενεργειακής κρίσης σε όλο τον κόσμο, οι άνθρωποι επιδιώκουν να αντικαταστήσουν τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, από τις οποίες ξεχωρίζει η ενέργεια του υδρογόνου. Ωστόσο, το υψηλό κόστος και η χαμηλή ασφάλεια αποθήκευσης και μεταφοράς υδρογόνου εμποδίζουν την ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας. Ως το πιο άφθονο μεταλλικό στοιχείο στον φλοιό, το αλουμίνιο μπορεί να αντιδράσει με το νερό για να παράγει υδρογόνο υπό ορισμένες συνθήκες, το οποίο είναι ένα ιδανικό υλικό αποθήκευσης υδρογόνου. , το οποίο αναστέλλει την αντίδραση, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το μεταλλικό γάλλιο με χαμηλό σημείο τήξης μπορεί να σχηματίσει ένα κράμα με το αλουμίνιο και το γάλλιο μπορεί να διαλύσει το αλουμίνιο της επιφάνειας επικάλυψη οξειδίου, επιτρέποντας στην αντίδραση να προχωρήσει [4], και το μεταλλικό γάλλιο μπορεί να ανακυκλωθεί και να επαναχρησιμοποιηθεί. Η χρήση υλικών από κράμα αλουμινίου γαλλίου λύνει σε μεγάλο βαθμό το πρόβλημα της ταχείας προετοιμασίας και της ασφαλούς αποθήκευσης και μεταφοράς ενέργειας υδρογόνου, βελτιώνοντας την ασφάλεια, την οικονομία και την προστασία του περιβάλλοντος.

4. Ιατρικός τομέας

Το γάλλιο χρησιμοποιείται συνήθως στον ιατρικό τομέα λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων ακτινοβολίας του, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απεικόνιση και την αναστολή κακοήθων όγκων. Οι ενώσεις του γαλλίου έχουν εμφανείς αντιμυκητιακές και αντιβακτηριακές δράσεις και τελικά επιτυγχάνουν αποστείρωση παρεμβαίνοντας στον βακτηριακό μεταβολισμό. Και τα κράματα γαλλίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή θερμόμετρων, όπως θερμόμετρα κασσίτερου γαλλίου ινδίου, ενός νέου τύπου υγρού κράματος μετάλλων που είναι ασφαλές, μη τοξικό και φιλικό προς το περιβάλλον και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αντικατάσταση των τοξικών θερμομέτρων υδραργύρου. Επιπλέον, ένα ορισμένο ποσοστό κράματος με βάση το γάλλιο αντικαθιστά το παραδοσιακό αμάλγαμα αργύρου και χρησιμοποιείται σε κλινικές εφαρμογές ως νέο υλικό οδοντικής πλήρωσης.

3, Outlook

Αν και η Κίνα είναι ένας από τους κύριους παραγωγούς γαλλίου στον κόσμο, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά προβλήματα στη βιομηχανία γαλλίου της Κίνας. Λόγω της χαμηλής περιεκτικότητας σε γάλλιο ως συνοδευτικό ορυκτό, οι επιχειρήσεις παραγωγής γαλλίου είναι διάσπαρτες και υπάρχουν αδύναμοι κρίκοι στη βιομηχανική αλυσίδα. Η διαδικασία εξόρυξης έχει σοβαρή περιβαλλοντική ρύπανση και η ικανότητα παραγωγής γαλλίου υψηλής καθαρότητας είναι σχετικά ασθενής, βασιζόμενη κυρίως στην εξαγωγή χονδροειδούς γαλλίου σε χαμηλές τιμές και στην εισαγωγή εξευγενισμένου γαλλίου σε υψηλές τιμές. Ωστόσο, με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, τη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου των ανθρώπων και την ευρεία εφαρμογή του γαλλίου στους τομείς της πληροφορίας και της ενέργειας, η ζήτηση για γάλλιο θα αυξηθεί επίσης γρήγορα. Η σχετικά καθυστερημένη τεχνολογία παραγωγής γαλλίου υψηλής καθαρότητας θα έχει αναπόφευκτα περιορισμούς στη βιομηχανική ανάπτυξη της Κίνας. Η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών έχει μεγάλη σημασία για την επίτευξη υψηλής ποιότητας ανάπτυξης της επιστήμης και της τεχνολογίας στην Κίνα.