Er is een soort metaal dat heel magisch is.In het dagelijks leven verschijnt het in vloeibare vorm, zoals kwik.Als je het op een blikje laat vallen, zul je verbaasd zijn dat de fles net zo kwetsbaar wordt als papier, en dat hij met slechts een por kapot gaat.Bovendien veroorzaakt het laten vallen op metalen zoals koper en ijzer ook deze situatie, die de “metaalterminator” kan worden genoemd.Wat zorgt ervoor dat het zulke kenmerken heeft?Vandaag betreden we de wereld van metaalgallium.
1, Welk element isgallium metaal
Het Gallium-element bevindt zich in de vierde periode IIIA-groep in het periodiek systeem der elementen.Het smeltpunt van puur gallium is erg laag, slechts 29,78 ℃, maar het kookpunt is zo hoog als 2204,8 ℃.In de zomer bestaat het meeste ervan als vloeistof en kan het smelten als het in de handpalm wordt geplaatst.Uit de bovenstaande eigenschappen kunnen we begrijpen dat gallium andere metalen kan aantasten, juist vanwege het lage smeltpunt.Vloeibaar gallium vormt legeringen met andere metalen, wat het eerder genoemde magische fenomeen is.Het gehalte ervan in de aardkorst bedraagt slechts ongeveer 0,001%, en het bestaan ervan werd pas 140 jaar geleden ontdekt.In 1871 vatte de Russische scheikundige Mendelejev het periodiek systeem der elementen samen en voorspelde dat er na zink ook een element onder aluminium bestaat, dat vergelijkbare eigenschappen heeft als aluminium en een “aluminiumachtig element” wordt genoemd.In 1875, toen de Franse wetenschapper Bowabordland de spectraallijnwetten van metaalelementen van dezelfde familie bestudeerde, vond hij een vreemde lichtband in sphaleriet (ZnS), dus vond hij dit ‘aluminiumachtige element’ en noemde het vervolgens naar zijn moederland. Frankrijk (Gallië, Latijn Gallia), met het symbool Ga om dit element weer te geven, dus gallium werd het eerste element dat werd voorspeld in de geschiedenis van de ontdekking van chemische elementen, en vond vervolgens het bevestigde element in experimenten.
Gallium wordt voornamelijk gedistribueerd in China, Duitsland, Frankrijk, Australië, Kazachstan en andere landen in de wereld, waarvan de Chinese galliumreserves meer dan 95% van het wereldtotaal vertegenwoordigen, voornamelijk gedistribueerd in Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi en andere plaatsen [1].In termen van distributietype bestaan Shanxi, Shandong en andere plaatsen voornamelijk in bauxiet, Yunnan en andere plaatsen in tinerts, en Hunan en andere plaatsen bestaan voornamelijk in sfaleriet.Bij het begin van de ontdekking van galliummetaal hebben mensen, vanwege het gebrek aan overeenkomstig onderzoek naar de toepassing ervan, altijd geloofd dat het een metaal is met een lage bruikbaarheid.Met de voortdurende ontwikkeling van de informatietechnologie en het tijdperk van nieuwe energie en hightech heeft galliummetaal echter de aandacht gekregen als een belangrijk materiaal op informatiegebied, en de vraag ernaar is ook enorm toegenomen.
2, Toepassingsgebieden van metaalgallium
1. Halfgeleiderveld
Gallium wordt voornamelijk gebruikt op het gebied van halfgeleidermaterialen, waarbij galliumarsenide (GaAs) het meest wordt gebruikt en de technologie het meest volwassen is.Als drager van informatieverspreiding zijn halfgeleidermaterialen verantwoordelijk voor 80% tot 85% van het totale verbruik van gallium, dat voornamelijk wordt gebruikt in draadloze communicatie.Galliumarsenide-eindversterkers kunnen de communicatietransmissiesnelheid verhogen tot 100 keer die van 4G-netwerken, wat een belangrijke rol kan spelen bij het betreden van het 5G-tijdperk.Bovendien kan gallium worden gebruikt als warmtedissipatiemedium in halfgeleidertoepassingen vanwege zijn thermische eigenschappen, laag smeltpunt, hoge thermische geleidbaarheid en goede vloeiprestaties.Het toepassen van galliummetaal in de vorm van een op gallium gebaseerde legering in thermische interfacematerialen kan het warmteafvoervermogen en de efficiëntie van elektronische componenten verbeteren.
2. Zonnecellen
De ontwikkeling van zonnecellen is gegaan van vroege monokristallijne siliciumzonnecellen naar dunnefilmcellen van polykristallijn silicium.Vanwege de hoge kosten van dunne-filmcellen van polykristallijn silicium hebben onderzoekers dunne-filmcellen van koper-indium-gallium-selenium (CIGS) ontdekt in halfgeleidermaterialen [3].CIGS-cellen hebben de voordelen van lage productiekosten, grote batchproductie en een hoge foto-elektrische conversie, waardoor ze brede ontwikkelingsperspectieven hebben.Ten tweede hebben galliumarsenide-zonnecellen aanzienlijke voordelen op het gebied van conversie-efficiëntie vergeleken met dunne-filmcellen gemaakt van andere materialen.Vanwege de hoge productiekosten van galliumarsenidematerialen worden ze momenteel echter voornamelijk gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en op militair gebied.
3. Waterstofenergie
Met het toenemende bewustzijn van de energiecrisis over de hele wereld proberen mensen niet-hernieuwbare energiebronnen te vervangen, waarvan waterstofenergie de meest opvallende is.De hoge kosten en lage veiligheid van waterstofopslag en -transport belemmeren echter de ontwikkeling van deze technologie.Als het meest voorkomende metaalelement in de korst kan aluminium onder bepaalde omstandigheden reageren met water om waterstof te produceren, wat een ideaal materiaal voor de opslag van waterstof is. Vanwege de gemakkelijke oxidatie van het oppervlak van metaalaluminium om een dichte aluminiumoxidefilm te vormen , dat de reactie remt, hebben onderzoekers ontdekt dat metaalgallium met een laag smeltpunt een legering kan vormen met aluminium, en dat gallium de aluminiumoxidecoating op het oppervlak kan oplossen, waardoor de reactie kan doorgaan [4], en het metaal gallium kan worden gerecycled en hergebruikt .Het gebruik van aluminium-galliumlegeringsmaterialen lost het probleem van de snelle voorbereiding en veilige opslag en transport van waterstofenergie aanzienlijk op, waardoor de veiligheid, de economie en de milieubescherming worden verbeterd.
4. Medisch gebied
Gallium wordt vaak gebruikt op medisch gebied vanwege zijn unieke stralingseigenschappen, die kunnen worden gebruikt voor beeldvorming en het remmen van kwaadaardige tumoren.Galliumverbindingen hebben duidelijke antischimmel- en antibacteriële activiteiten en bereiken uiteindelijk sterilisatie door het bacteriële metabolisme te verstoren.En galliumlegeringen kunnen worden gebruikt om thermometers te maken, zoals gallium-indium-tinthermometers, een nieuw type vloeibare metaallegering die veilig, niet-giftig en milieuvriendelijk is en kan worden gebruikt om giftige kwikthermometers te vervangen.Bovendien vervangt een bepaald deel van de op gallium gebaseerde legering het traditionele zilveramalgaam en wordt het in klinische toepassingen gebruikt als nieuw tandvulmateriaal.
3. Vooruitzichten
Hoewel China een van de belangrijkste producenten van gallium ter wereld is, zijn er nog steeds veel problemen in de Chinese galliumindustrie.Vanwege het lage gehalte aan gallium als begeleidend mineraal zijn de productiebedrijven van gallium verspreid en zijn er zwakke schakels in de industriële keten.Het mijnbouwproces heeft ernstige milieuvervuiling tot gevolg, en de productiecapaciteit van hoogzuiver gallium is relatief zwak, voornamelijk afhankelijk van de export van grof gallium tegen lage prijzen en de import van geraffineerd gallium tegen hoge prijzen.Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie, de verbetering van de levensstandaard van mensen en de wijdverbreide toepassing van gallium op het gebied van informatie en energie zal de vraag naar gallium echter ook snel toenemen.De relatief achtergebleven productietechnologie van hoogzuiver gallium zal onvermijdelijk beperkingen opleggen aan de industriële ontwikkeling van China.Het ontwikkelen van nieuwe technologieën is van groot belang voor het bereiken van hoogwaardige ontwikkeling van wetenschap en technologie in China.
Posttijd: 17 mei 2023