Malý kov, který pomáhá LED svítit jasně
Vlastnosti:
- Atomový symbol: Ga
- Atomové číslo: 31
- Prvek Kategorie: Přechodový kov
- Hustota: 5,91 g / cm³ (při 73 ° F / 23 ° C)
- Bod tání: 29,76 ° C
- Bod varu: 220 ° C (220 ° F)
- Moh 's tvrdost: 1.5
Vlastnosti:
Čistý gál je stříbřitě bílý a roztavuje se při teplotách pod 29,4 ° C.
Kovový materiál zůstává v roztaveném stavu až na 2204 ° C, což mu dává největší rozmezí kapalin všech kovových prvků.
Gallium je jeden z mála kovů, který se roztahuje, když se ochladí a zvyšuje objem o něco více než 3%.
Ačkoli gálie snadno slitiny s jinými kovy, to je žíravé , difundující do mřížky a oslabení většiny kovů. Jeho nízká teplota tání je však užitečná u některých slitin s nízkou teplotou tání.
Na rozdíl od rtuti , která je také tekutá při pokojových teplotách, gálium pokožku a sklo zvlhčuje, čímž je obtížnější manipulovat. Gallium není tak toxický jako rtuť.
Dějiny:
Objevil v roce 1875 Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran při zkoumání sfalitních rud, gallium nebyl používán v žádných komerčních aplikacích až do druhé poloviny 20. století.
Gallium je málo použitelný jako konstrukční kov, ale jeho hodnota v mnoha moderních elektronických zařízeních nemůže být podceňována.
Komerční využití galia se vyvíjelo od počátečního výzkumu světelných diod (LED) a polovodičové technologie III-V (RF), která začala počátkem padesátých let minulého století.
V roce 1962 výzkum fyziky JB Gunna od společnosti JB Gunn v oblasti arsenidu gallia (GaAs) vedl k objevení vysokofrekvenční oscilace elektrického proudu, který proudí přes některé polovodivé pevné látky - nyní známý jako "efekt Gunn". Tento průlom připravil cestu k tomu, aby byly včasné vojenské detektory postaveny pomocí diod Gunn (také známých jako přenosové elektronové přístroje), které se od té doby používají v různých automatech, od radarových detektorů a signálních ovladačů až po detektory vlhkosti a poplašné systémy.
První diody a lasery založené na GaAs byly vyrobeny na počátku šedesátých let výzkumnými pracovníky v RCA, GE a IBM.
Zpočátku LED diody mohly produkovat pouze neviditelné infračervené světelné vlny, omezující světla na senzory a fotoelektronické aplikace. Ale jejich potenciál energeticky účinných kompaktních světelných zdrojů byl zřejmý.
Počátkem šedesátých let společnost Texas Instruments začala komerčně nabízet LED diody. Do sedmdesátých lét byly brzy vyvinuty systémy digitálního zobrazování používané v hodinkách a displejích kalkulačky pomocí systémů podsvícení LED.
Další výzkumy v sedmdesátých a osmdesátých letech vedly k účinnějším metodám depozice, díky nimž byla technologie LED spolehlivější a nákladově efektivnější. Vývoj sloučenin polovodičů gallium-hliník-arsen (GaAlAs) vedl k tomu, že LED diody byly desetkrát jasnější než předchozí, zatímco barevné spektrum dostupné pro LED diody bylo také rozšířeno na základě nových polovodivých substrátů obsahujících gálie, jako je indium -Gallium-nitrid (InGaN), fosfid gallia-arsenidu (GaAsP) a gallium-fosfid (GaP).
Koncem šedesátých let byly také zkoumány vodivé vlastnosti GaAs jako součást solárních zdrojů pro průzkum vesmíru. V roce 1970 vytvořil sovětský výzkumný tým první GaAs heterostrukturní solární články.
Kritická pro výrobu optoelektronických zařízení a integrovaných obvodů (IC), poptávka po GaAs oplatky vzrostla v pozdních devadesátých a začátcích 21. století ve spojení s rozvojem mobilní komunikace a alternativních energetických technologií.
Není divu, že v reakci na tento rostoucí poptávku se v letech 2000 až 2011 celosvětová produkce primárního galia více než zdvojnásobila z přibližně 100 metrických tun (MT) ročně na více než 300MT.
Výroba:
Průměrný obsah galia v zemské kůře se odhaduje na zhruba 15 dílů na milión, zhruba podobný lithiu a více obyčejný než olovo . Kov je však velmi rozptýlený a je přítomen v několika ekonomicky extrahovatelných rudných tělech.
V průběhu rafinace oxidu hlinitého (Al2O3), předchůdce hliníku, je z bauxitu extrahováno až 90% veškerého primárního galia.
Malé množství galia vzniká jako vedlejší produkt extrakce zinku při rafinaci sfaletní rudy.
Během Bayerova procesu rafinace hliníkové rudy na oxid hlinitý se drcená ruda omyje horkým roztokem hydroxidu sodného (NaOH). Tím se převede oxid hlinitý na hlinitan sodný, který se usazuje v nádržích, zatímco louh hydroxidu sodného, který nyní obsahuje gallium, se shromažďuje k opětovnému použití.
Vzhledem k tomu, že je tato tekutina recyklována, obsah galia se po každém cyklu zvyšuje, dokud nedosáhne úrovně 100 až 125 ppm. Směs může být potom odebrána a koncentrována jako galát extrakcí rozpouštědlem za použití organických chelatačních činidel.
V elektrolytické lázni při teplotách 40 až 60 ° C se galát sodný převede na nečistý gál. Po promytí kyselinou se pak může filtrovat přes porézní keramické nebo skleněné desky, čímž vznikne 99,9-99,99% kovového galia.
99,99% je standardní stupeň prekurzorů pro GaAs aplikace, ale nové použití vyžadují vyšší čistoty, které lze dosáhnout zahříváním kovu ve vakuu za účelem odstranění těkavých prvků nebo metod elektrochemického čištění a frakčních krystalizací.
Během uplynulého desetiletí se většina světové produkce primárního galíu přestěhovala do Číny, která nyní zásobuje asi 70% světového galia. Dalšími primárně produkujícími zeměmi jsou Ukrajina a Kazachstán.
Asi 30% roční produkce galia je extrahováno ze šrotu a recyklovatelných materiálů, jako jsou GaAs-obsahující IC wafery. Většina recyklace galia se vyskytuje v Japonsku, Severní Americe a Evropě.
Americký geologický průzkum odhaduje, že v roce 2011 bylo vyrobeno 310MT rafinovaného galia.
Mezi největší světové výrobce patří Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials a Recapture Metals Ltd.
Aplikace:
Když legovaný gallium má tendenci korodovat nebo kovy jako ocel křehké. Tato vlastnost spolu s extrémně nízkou teplotou tání znamená, že gálie má malou použitelnost v konstrukčních aplikacích.
Ve své kovové formě se používá gallium ve spojích a nízkotavitelných slitinách, jako je Galinstan® , nejčastěji se však nachází v polovodičových materiálech.
Hlavní aplikace společnosti Gallium lze rozdělit do pěti skupin:
1. Polovodiče: GaAs oplatky tvoří zhruba 70% roční spotřeby galliu, což je páteř mnoha moderních elektronických zařízení, jako jsou smartphony a další bezdrátová komunikační zařízení, která se spoléhají na úsporu a zesílení výkonu integrovaných obvodů GaAs.
2. Světelné diody (LED): Od roku 2010 se celosvětová poptávka po gáliu ze sektoru LED údajně zdvojnásobila díky použití LED diod s vysokým jasem v mobilních a plochých obrazovkách. Celosvětový posun směrem k větší energetické účinnosti také vedl k vládní podpoře používání osvětlení LED na žárovky a kompaktní zářivkové osvětlení.
3. Solární energie: použití Galliumu v aplikacích sluneční energie je zaměřeno na dvě technologie:
- GaAs koncentrační solární články
- Solární články s tenkým filmem kadmia-indium-galia-selenid (CIGS)
Jako vysoce účinné fotovoltaické články mají oba technologie úspěch ve specializovaných aplikacích, zejména v leteckém a vojenském průmyslu, avšak stále čelí překážkám ve velkém komerčním využití.
4. Magnetické materiály: Vysoká pevnost, permanentní magnety jsou klíčovou součástí počítačů, hybridních automobilů, větrných turbín a různých dalších elektronických a automatizovaných zařízení. Malé přídavky galia jsou používány v některých permanentních magnetech, včetně magnetů neodym- železo - bor (NdFeB).
5. Další aplikace:
- Speciální slitiny a pájky
- Mokré zrcátka
- Plutonia jako jaderný stabilizátor
- Nikl - mangan- gallium tvar paměťové slitiny
- Ropný katalyzátor
- Biomedicínské aplikace, včetně léčiv (dusičnan gallium)
- Fosfor
- Detekce neutrin
Zdroje:
Softpedia. Historie LED (světelné diody).
Zdroj: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Chemie hliníku, galia, indium a thalia." Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V polovodiče, historie v RF aplikacích." ECS Trans . 2009, svazek 19, vydání 3, strany 79-84.
Schubert, E. Fred. Světelné diody . Polytechnický institut Rensselaer, New York. Květen 2003.
USGS. Přehledy minerálních komodit: Gallium.
Zdroj: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Zpráva SM. Kovy z vedlejších produktů: Vztah mezi hliníkem a gáliem .
URL: www.strategic-metal.typepad.com