Галият е корозивен, сребърен минорен метал, който се топи близо до стайна температура и най-често се използва при производството на полупроводникови съединения.
Имоти:
- Атомен символ: Ga
- Атомен номер: 31
- Елемент Категория: Метал след прехода
- Плътност: 5.91 g / cm³ (при 73 ° F / 23 ° C)
- Точка на топене: 29.76 ° C 85.58 ° F
- Точка на кипене: 2204 ° C 3999 ° F
- Твърдост на Мох: 1.5
Характеристики:
Чистият галий е сребристобял и се топи при температури под 85 ° F (29,4 ° C). Металът остава в разтопено състояние до 2204 ° C до почти 4000 ° F, което му осигурява най-големия диапазон на течности от всички метални елементи.
Галият е един от малкото метали, който се разширява, когато се охлажда, увеличавайки се в обем с малко над 3%.
Въпреки че галият лесно се сплави с други метали, това е така корозивен, разпространяващи се в решетката и отслабване на повечето метали. Ниската му точка на топене обаче го прави полезен при определени сплави с ниско топене.
За разлика от живак, който също е течен при стайна температура, галият мочи както кожата, така и стъклото, което прави по-трудно да се борави. Галият не е толкова токсичен, колкото живакът.
История:
Открит през 1875 г. от Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran, докато изследва сфалеритни руди, галият не е използван в никакви търговски приложения чак през последната част на 20 век.
Галиумът е малко полезен като конструктивен метал, но стойността му в много съвременни електронни устройства не може да бъде занижена.
Търговските приложения на галия, разработени от първоначалните изследвания на светодиодите и полупроводниковите технологии III-V радиочестота (RF), започнали в началото на 50-те години.
През 1962 г. изследванията на физика на IBM J.B. Gunn върху галиевия арсенид (GaAs) доведоха до откриването на високочестотни трептения на електрическия ток, протичащ през някои полупроводникови твърди частици - сега известен като „ефектът на Ган“. Този пробив откри пътя на ранните военни детектори да бъдат изградени с помощта на диоди Ган (известен също като устройства за прехвърляне на електрон), които оттогава се използват в различни автоматизирани устройства, от автомобилни радарни детектори и контролери на сигнали до детектори за съдържание на влага и взлом аларми.
Първите светодиоди и лазери на базата на GaAs са произведени в началото на 60-те години от изследователи от RCA, GE и IBM.
Първоначално светодиодите успяват да произвеждат само невидими инфрачервени светлинни вълни, ограничавайки светлините до сензорите и фотоелектронните приложения. Но техният потенциал като енергийно ефективни компактни източници на светлина беше очевиден.
В началото на 60-те години Texas Instruments започва да предлага светодиодни светодиоди. До 70-те години на миналия век ранните цифрови дисплейни системи, използвани в часовници и калкулаторни дисплеи, скоро са разработени с помощта на LED системи за подсветка.
По-нататъшните изследвания през 70-те и 80-те години на миналия век доведоха до по-ефективни техники за отлагане, което направи LED технологията по-надеждна и икономична. Разработването на полупроводникови съединения на галий-алуминий-арсен (GaAlAs) доведе до светодиоди, които бяха десет пъти по-ярки от предишните, докато цветовият спектър е достъпен за LEDs също е усъвършенстван на базата на нови полупроводникови субстрати, съдържащи галий, като индий-галий-нитрид (InGaN), галиев-арсенид-фосфид (GaAsP) и галий-фосфид (GaP).
До края на 60-те години на миналия век GaAs проводими свойства се изследват и като част от слънчевите източници на енергия за космически проучвания. През 1970 г. съветски изследователски екип създава първите слънчеви клетки за хетероструктура на GaAs.
От решаващо значение за производството на оптоелектронни устройства и интегрални схеми (ИС), търсенето на вафли GaAs скочи в края 1990-те и началото на XXI век в съответствие с развитието на мобилната комуникация и алтернативната енергия технологии.
Не е изненадващо, че в отговор на това нарастващо търсене между 2000 и 2011 г. глобалното производство на първичен галий повече от два пъти от приблизително 100 метрични тона (MT) годишно до над 300MT.
Продукция:
Средното съдържание на галий в земната кора се изчислява на около 15 части на милион, приблизително подобно на литий и по-често срещано от водя. Металът обаче е широко диспергиран и присъства в малко икономично извлечени рудни тела.
Понастоящем 90% от целия произведен първичен галий се извлича от боксит по време на рафинирането на алуминиев двуокис (Al2O3), предшественик на алуминий. Малко количество галий се произвежда като страничен продукт на цинк добив по време на рафиниране на сфалерит руда.
По време на Байерния процес на рафиниране на алуминиева руда до алуминиев оксид, натрошената руда се промива с горещ разтвор на натриев хидроксид (NaOH). Това превръща алуминия в натриев алуминат, който се утаява в резервоари, докато разтворът на натриев хидроксид, който сега съдържа галий, се събира за повторна употреба.
Тъй като тази течност се рециклира, съдържанието на галий се увеличава след всеки цикъл, докато достигне ниво от около 100-125ppm. След това сместа може да бъде взета и концентрирана като галат чрез екстракция на разтворител, като се използват органични хелатни агенти.
В електролитна баня при температура от 40-60 ° C 104-140 ° F, натриевият галат се превръща в нечист галий. След измиване с киселина, след това може да се филтрира през порести керамични или стъклени плочи, за да се създаде метал от 99,9-99,99% галий.
99,99% е стандартната степен на предшественик за приложенията на GaAs, но новите приложения изискват по-висока чистота, която може да се постигне чрез нагряване на метала под вакуум за отстраняване на летливи елементи или електрохимично пречистване и фракционна кристализация методи.
През последното десетилетие голяма част от производството на първичен галий в света се премести в Китай, който сега доставя около 70% от световния галий. Други страни с първичен произход включват Украйна и Казахстан.
Около 30% от годишното производство на галий се добива от скрап и рециклируеми материали, като IC-вафли, съдържащи GaAs. Повечето рециклиране на галий се извършва в Япония, Северна Америка и Европа.
Най- Геологическа служба на САЩ изчислява, че през 2011 г. е произведена 310MT рафиниран галий.
Най-големите световни производители включват Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials и Recapture Metals Ltd.
Приложения:
Когато легираният галий има склонност да корозира или прави метали подобни стомана крехък. Този признак, заедно с изключително ниската му температура на топене, означава, че галият има малка полза в структурните приложения.
В своята метална форма галият се използва в припои и нископлавни сплави, като например галинстан®, но най-често се среща в полупроводникови материали.
Основните приложения на Gallium могат да бъдат категоризирани в пет групи:
1. Полупроводници: Отчитайки около 70% от годишната консумация на галий, GaAs вафли са основата на много съвременни електронни устройства, като смартфони и други устройства за безжична комуникация, които разчитат на способността за икономия на енергия и усилване на ИС на GaAs.
2. Светодиоди (светодиоди): От 2010 г. глобалното търсене на галий от LED сектора се удвоява, поради използването на светодиоди с висока яркост в мобилни и плоски екрани. Глобалният ход към по-голяма енергийна ефективност доведе и до държавна подкрепа за използването на LED осветление при нажежаемо и компактно флуоресцентно осветление.
3. Слънчева енергия: Използването на Gallium в приложения за слънчева енергия е фокусирано върху две технологии:
- Соларни клетки GaAs концентратор
- Тънкослойни слънчеви клетки от кадмий-индий-галий-селенид (CIGS)
Като високоефективни фотоволтаични клетки и двете технологии имат успех в специализираните приложения, особено свързани с космическата и военната, но все още са изправени пред бариери пред мащабните търговска употреба.
4. Магнитни материали: Висока якост, постоянна магнити са ключов компонент на компютри, хибридни автомобили, вятърни турбини и различно друго електронно и автоматизирано оборудване. Малки добавки на галий се използват в някои постоянни магнити, включително неодимовижелязо-бор (NdFeB) магнити.
5. Други приложения:
- Специални сплави и припои
- Намокрящи огледала
- С плутоний като ядрен стабилизатор
- никел-манган-пласт памет памет
- Петролен катализатор
- Биомедицински приложения, включително фармацевтични (галиев нитрат)
- фосфорът
- Неутрино откриване
Източници:
Softpedia. История на светодиодите (светодиоди).
Източник: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Антъни Джон Даунс, (1993), "Химия на алуминий, галий, индий и талий". Спрингер, ISBN 978-0-7514-0103-5
Барат, Къртис А. "III-V полупроводници, история в RF приложения." ECS Trans. 2009, том 19, брой 3, страници 79-84.
Шуберт, Е. Фред. Светодиоди. Политехнически институт Rensselaer, Ню Йорк. Май 2003 г.
USGS. Обобщения на минералните стоки: Галий.
Източник: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM Доклад. Метални странични продукти: Връзката алуминий-галий.
URL адрес: www.strategic-metal.typepad.com