Obstaja vrsta kovine, ki je zelo čarobna.V vsakdanjem življenju se pojavlja v tekoči obliki kot živo srebro.Če jo spustite na pločevinko, boste presenečeni ugotovili, da postane steklenica krhka kot papir in se bo razbila že z udarcem.Poleg tega padec na kovine, kot sta baker in železo, prav tako povzroči to stanje, ki ga lahko imenujemo "kovinski terminator".Kaj povzroča takšne lastnosti?Danes bomo vstopili v svet kovinskega galija.
1、Kateri element jekovinski galij
Element galij je v četrti periodi IIIA skupine v periodnem sistemu elementov.Tališče čistega galija je zelo nizko, le 29,78 ℃, vendar je vrelišče kar 2204,8 ℃.Poleti ga večina obstaja v obliki tekočine in se lahko stopi, ko ga položimo na dlan.Iz zgornjih lastnosti lahko razberemo, da lahko galij korodira druge kovine prav zaradi nizkega tališča.Tekoči galij tvori zlitine z drugimi kovinami, kar je prej omenjeni čarobni pojav.Njegova vsebnost v zemeljski skorji je le okoli 0,001 %, njegov obstoj pa so odkrili šele pred 140 leti.Leta 1871 je ruski kemik Mendelejev povzel periodni sistem elementov in predvidel, da je za cinkom pod aluminijem tudi element, ki ima podobne lastnosti kot aluminij in se imenuje "aluminiju podoben element".Leta 1875, ko je francoski znanstvenik Bowabordland preučeval zakone spektralnih linij kovinskih elementov iste družine, je v sfaleritu (ZnS) našel nenavaden svetlobni pas, zato je našel ta »aluminiju podoben element« in ga nato poimenoval po svoji domovini Francija (Galija, latinsko Gallia), s simbolom Ga za predstavljanje tega elementa, tako da je galij postal prvi napovedani element v zgodovini odkrivanja kemijskih elementov, nato pa je v poskusih našel potrjen element.
Galij je v glavnem distribuiran na Kitajskem, v Nemčiji, Franciji, Avstraliji, Kazahstanu in drugih državah po svetu, od katerih kitajske zaloge galija predstavljajo več kot 95% vseh svetovnih virov, ki so večinoma razdeljene v Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi in drugih mestih [1].Kar zadeva vrsto distribucije, Shanxi, Shandong in drugi kraji obstajajo predvsem v boksitu, Yunnan in drugi kraji v kositrni rudi, Hunan in drugi kraji pa večinoma v sfaleritu.Na začetku odkritja kovine galij so ljudje zaradi pomanjkanja ustreznih raziskav o njeni uporabi vedno verjeli, da je to kovina z nizko uporabnostjo.Vendar pa je z nenehnim razvojem informacijske tehnologije in dobo nove energije in visoke tehnologije kovina galij postala pozorna kot pomemben material na informacijskem področju, povpraševanje po njej pa se je močno povečalo.
2、 Področja uporabe kovinskega galija
1. Polprevodniško polje
Galij se večinoma uporablja na področju polprevodniških materialov, pri čemer je material galijev arzenid (GaAs) najpogosteje uporabljen in tehnologija najbolj zrela.Kot nosilec razširjanja informacij polprevodniški materiali predstavljajo 80 % do 85 % celotne porabe galija, ki se večinoma uporablja v brezžični komunikaciji.Ojačevalniki moči iz galijevega arzenida lahko povečajo hitrost prenosa komunikacije do 100-krat večjo kot v omrežjih 4G, kar lahko igra pomembno vlogo pri vstopu v dobo 5G.Poleg tega se lahko galij uporablja kot medij za odvajanje toplote v polprevodniških aplikacijah zaradi njegovih toplotnih lastnosti, nizkega tališča, visoke toplotne prevodnosti in dobrega pretoka.Uporaba kovinskega galija v obliki zlitine na osnovi galija v materialih za toplotne vmesnike lahko izboljša sposobnost odvajanja toplote in učinkovitost elektronskih komponent.
2. Sončne celice
Razvoj sončnih celic je šel od zgodnjih monokristalnih silicijevih sončnih celic do polikristalnih silicijevih tankoslojnih celic.Zaradi visokih stroškov tankoslojnih celic iz polikristalnega silicija so raziskovalci v polprevodniških materialih odkrili tankoslojne celice iz bakra indija, galija in selena (CIGS) [3].Prednosti celic CIGS so nizki proizvodni stroški, velika serijska proizvodnja in visoka stopnja fotoelektrične pretvorbe, zato imajo široke razvojne možnosti.Drugič, sončne celice iz galijevega arzenida imajo pomembne prednosti pri učinkovitosti pretvorbe v primerjavi s tankoslojnimi celicami iz drugih materialov.Vendar pa se zaradi visokih proizvodnih stroškov materialov galijevega arzenida trenutno uporabljajo predvsem v vesolju in na vojaškem področju.
3. Vodikova energija
Z naraščajočo zavestjo o energetski krizi po vsem svetu ljudje iščejo zamenjavo z neobnovljivimi viri energije, med katerimi izstopa energija vodika.Vendar pa visoki stroški in nizka varnost shranjevanja in transporta vodika ovirajo razvoj te tehnologije.Kot najpogostejši kovinski element v skorji lahko aluminij pod določenimi pogoji reagira z vodo, da proizvede vodik, ki je idealen material za shranjevanje vodika, vendar pa zaradi enostavne oksidacije površine kovinskega aluminija tvori gost film aluminijevega oksida. , ki zavira reakcijo, so raziskovalci ugotovili, da lahko kovinski galij z nizkim tališčem tvori zlitino z aluminijem, galij pa lahko raztopi površinsko prevleko iz aluminijevega oksida, kar omogoči potek reakcije [4], kovinski galij pa je mogoče reciklirati in ponovno uporabiti .Uporaba materialov iz aluminijeve galijeve zlitine močno rešuje problem hitre priprave in varnega shranjevanja ter transporta vodikove energije, izboljša varnost, ekonomičnost in varstvo okolja.
4. Medicinsko področje
Galij se pogosto uporablja na medicinskem področju zaradi svojih edinstvenih lastnosti sevanja, ki se lahko uporabljajo za slikanje in zaviranje malignih tumorjev.Galijeve spojine imajo očitno protiglivično in protibakterijsko delovanje in končno dosežejo sterilizacijo z motnjami v metabolizmu bakterij.In galijeve zlitine se lahko uporabljajo za izdelavo termometrov, kot so galij-indijevi kositrni termometri, nova vrsta zlitine tekočih kovin, ki je varna, nestrupena in okolju prijazna ter se lahko uporablja za zamenjavo strupenih živosrebrnih termometrov.Poleg tega določen delež zlitine na osnovi galija nadomešča tradicionalni srebrov amalgam in se uporablja v kliničnih aplikacijah kot nov material za zobne zalivke.
3、 Outlook
Čeprav je Kitajska ena glavnih proizvajalk galija na svetu, je v kitajski industriji galija še vedno veliko težav.Zaradi nizke vsebnosti galija kot spremljevalnega minerala so podjetja za proizvodnjo galija razpršena, v industrijski verigi pa obstajajo šibki členi.Proces rudarjenja resno onesnažuje okolje, proizvodna zmogljivost galija visoke čistosti pa je razmeroma šibka, v glavnem se zanaša na izvoz grobega galija po nizkih cenah in uvoz rafiniranega galija po visokih cenah.Vendar pa se bo z razvojem znanosti in tehnologije, izboljšanjem življenjskega standarda ljudi in široko uporabo galija na področju informacij in energije hitro povečalo tudi povpraševanje po galiju.Relativno zaostala proizvodna tehnologija galija visoke čistosti bo neizogibno ovirala industrijski razvoj Kitajske.Razvoj novih tehnologij je velikega pomena za doseganje kakovostnega razvoja znanosti in tehnologije na Kitajskem.
Čas objave: 17. maj 2023