Metalul Minor care ajută la aprinderea luminilor cu LED-uri strălucitoare
Proprietăți:
- Simbol Atomic: Ga
- Numărul atomic: 31
- Element Categorie: Metal post-tranziție
- Densitate: 5,91 g / cm3 (la 73 ° F / 23 ° C)
- Punct de topire: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Punct de fierbere: 2204 ° C (3999 ° F)
- Duritatea lui Moh: 1.5
caracteristici:
Galiul pur este alb-argintiu și se topește la temperaturi sub 29 ° C (85 ° F).
Metalul rămâne într-o stare topită până la 2204 ° C, oferind cea mai mare gamă de lichide din toate elementele metalice.
Gallium este unul dintre puținele metale care se extinde pe măsură ce se răcește, crescând în volum cu puțin peste 3%.
Deși galliul este ușor de aliaje cu alte metale, este coroziv , difuzează în grâul și slăbește majoritatea metalelor. Punctul său scăzut de topire, totuși, îl face util în anumite aliaje cu topire scăzută.
Spre deosebire de mercurul , care este de asemenea lichid la temperaturi în încăpere, galiuul umezește atât pielea cât și sticla, ceea ce face mai dificil de manevrat. Galiul nu este aproape la fel de toxic ca și mercurul.
Istorie:
Descoperit în 1875 de către Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran în timpul examinării minereurilor de sphalerite, galiul nu a fost folosit în nici o aplicație comercială până în ultima parte a secolului XX.
Galliumul este puțin folos ca metal structural, însă valoarea sa în multe dispozitive electronice moderne nu poate fi subevaluată.
Utilizările comerciale ale galliului s-au dezvoltat de la cercetarea inițială a diodelor emițătoare de lumină (LED) și a tehnologiei semiconductoare de radiofrecvență (RF) III-V, care a început la începutul anilor '50.
În 1962, cercetările efectuate de fizicianul IBM JB Gunn asupra arsenului de galiu (GaAs) au condus la descoperirea oscilațiilor de înaltă frecvență ale curentului electric care curge prin anumite solide semiconductoare - acum cunoscut ca "Efectul Gunn". Această descoperire a pregătit calea pentru construirea detectorilor militari timpurii folosind diode Gunn (cunoscute și ca dispozitive electronice de transfer), care au fost utilizate de atunci în diverse dispozitive automate, de la detectori de radare și controale de semnal la detectoare de conținut de umiditate și alarme antifurt.
Primele LED-uri și lasere bazate pe GaAs au fost produse la începutul anilor 1960 de către cercetătorii de la RCA, GE și IBM.
Inițial, LED-urile puteau produce numai unde invizibile de lumină infraroșie, limitând lumina la senzori și aplicațiile foto-electronice. Dar potențialul acestora ca surse luminoase compacte de energie era evident.
La începutul anilor 1960, Texas Instruments a început să ofere LED-uri comerciale. Începând cu anii 1970, sistemele digitale de afișare timpurie, utilizate în ceasuri și afișaje ale calculatoarelor, au fost dezvoltate în curând utilizând sisteme de iluminare din spate cu LED-uri.
Cercetările ulterioare din anii 1970 și 1980 au avut ca rezultat tehnici de depunere mai eficiente, făcând tehnologia LED mai fiabilă și mai rentabilă. Dezvoltarea compușilor semiconductori gallium-aluminiu-arsen (GaAlAs) a avut ca rezultat LED-uri de zece ori mai strălucitoare decât cele anterioare, în timp ce spectrul de culori disponibil pentru LED-uri a avansat, de asemenea, pe baza unor substraturi semiconductoare care conțin galiu, -Geniu-nitrură (InGaN), fosfură de galiu-arsenid (GaAsP) și fosfură de galiu (GaP).
Până la sfârșitul anilor 1960, proprietățile conductoare GaAs au fost, de asemenea, cercetate ca parte a surselor de energie solară pentru explorarea spațiului. În 1970, o echipă de cercetare sovietică a creat primele celule heterostructurale GaAs.
Critice pentru fabricarea dispozitivelor optoelectronice și a circuitelor integrate (IC), cererea de gălbene GaAs a crescut la sfârșitul anilor 1990 și începutul secolului XXI, în corelație cu dezvoltarea tehnologiilor de comunicații mobile și de energie alternativă.
Nu este surprinzător că, ca răspuns la această cerere în creștere, între 2000 și 2011, producția mondială de galiu primară este mai mult decât dublă, de la aproximativ 100 de tone (MT) pe an la peste 300MT.
Producție:
Conținutul mediu de galiu din scoarța pământului este estimat la aproximativ 15 părți per milion, aproximativ similar cu litiul și mai frecvent decât plumbul . Metalul este, totuși, foarte dispersat și prezent în puține organisme de minereu extras din punct de vedere economic.
Peste 90% din cantitatea de galiu primar produsă în prezent este extrasă din bauxită în timpul rafinării aluminei (Al2O3), precursor al aluminiului .
O cantitate mică de galiu este produsă ca produs secundar al extracției de zinc în timpul rafinării minereului de sferă.
În timpul procesului Bayer de rafinare a minereului de aluminiu la alumină, minereul zdrobit este spălat cu o soluție fierbinte de hidroxid de sodiu (NaOH). Aceasta transformă alumina în aluminat de sodiu, care se așează în rezervoare, în timp ce lichidul de hidroxid de sodiu care conține acum galiu este colectat pentru reutilizare.
Deoarece acest lichid este reciclat, conținutul de galiu crește după fiecare ciclu până când atinge un nivel de aproximativ 100-125 ppm. Amestecul poate fi apoi luat și concentrat sub formă de galat, prin extracție cu solvent, utilizând agenți de chelare organici.
Într-o baie electrolitică la temperaturi de 40-60 ° C, galatul de sodiu este transformat în galiu impur. După spălarea în acid, acesta poate fi apoi filtrat prin plăci ceramice poroase sau din sticlă pentru a crea 99,9-99,99% metal galliu.
99,99% este clasa standard precursor pentru aplicațiile GaAs, însă noile utilizări necesită purificări mai mari care pot fi obținute prin încălzirea metalului sub vid pentru a elimina elementele volatile sau purificarea electrochimică și metode de cristalizare fracționată.
În ultimul deceniu, o mare parte din producția globală de galiu a fost mutată în China, care furnizează acum aproximativ 70% din galiu din lume. Alte națiuni producătoare primare includ Ucraina și Kazahstan.
Aproximativ 30% din producția anuală de galiu este extrasă din resturi și materiale reciclabile, cum ar fi Gaff-uri care conțin GaAs. Majoritatea reciclărilor de galiu se produc în Japonia, America de Nord și Europa.
Studiul geologic al SUA estimează că în anul 2011 a fost produs 310 ml de galiu rafinat.
Printre cei mai mari producători din lume se numără Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials și Recapture Metals Ltd.
Aplicații:
Atunci când galliul aliat tinde să corodeze sau să facă metale cum ar fi oțelul fragil. Această caracteristică, împreună cu temperatura de topire extrem de scăzută, înseamnă că galiul nu are o utilizare foarte mică în aplicațiile structurale.
În forma metalică, galiul este utilizat în aliaje de lipit și aliaje de topire scăzute, cum ar fi Galinstan® , dar cel mai adesea se găsește în materiale semiconductoare.
Aplicațiile principale ale Gallium pot fi clasificate în cinci grupe:
1. Semiconductori: Conținând aproximativ 70% din consumul anual de galiu, plăcile GaAs sunt coloana vertebrală a multor dispozitive electronice moderne, cum ar fi telefoanele inteligente și alte dispozitive de comunicații fără fir care se bazează pe capacitatea de economisire și amplificare a circuitelor integrate GaAs.
2. Diodele de emisie luminoasă (LED-uri): Începând cu anul 2010, cererea globală de galiu din sectorul LED-urilor sa dublat, datorită utilizării LED-urilor de înaltă luminozitate în ecranele mobile și ecran plat. Trecerea globală către o mai mare eficiență energetică a condus, de asemenea, la sprijinul guvernamental pentru utilizarea iluminatului cu LED-uri asupra luminilor fluorescente incandescente și compacte.
3. Energia solară: utilizarea Gallium în aplicațiile de energie solară se concentrează pe două tehnologii:
- GaAs concentrator celule solare
- Cadmiu-indiu-galiu-selenidă (CIGS), celule solare subțiri
Ca celule fotovoltaice foarte eficiente, ambele tehnologii au avut succes în aplicații specializate, în special legate de industria aerospațială și militară, dar încă se confruntă cu obstacole în calea utilizării comerciale la scară largă.
4. Materiale magnetice: magneții permanenți de înaltă rezistență reprezintă o componentă-cheie a calculatoarelor, a automobilelor hibride, a turbinelor eoliene și a altor echipamente electronice și automate. Adăugări mici de galiu sunt utilizate în unele magneți permanenți, incluzând magneți din neodim- fier - bor (NdFeB).
5. Alte aplicații:
- Aliaje speciale și aliaje de lipit
- Wetting oglinzi
- Cu plutoniu ca stabilizator nuclear
- Nichel - aliaj de memorie în formă de mangan - galiu
- Petrol catalizator
- Aplicații biomedicale, inclusiv produse farmaceutice (nitrat de galiu)
- fosforescente
- Detectarea neutrinilor
surse:
Softpedia. Istoricul LED-urilor (diode emise de lumină).
Sursa: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Chimie din aluminiu, galiu, indiu și taliu". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V Semiconductori, o istorie în aplicațiile RF." ECS Trans . 2009, volumul 19, numărul 3, paginile 79-84.
Schubert, E. Fred. Dioduri de emisie luminoasă . Institutul Politehnic Rensselaer, New York. Mai 2003.
USGS. Rezumatele mărfurilor miniere: Gallium.
Sursa: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Raport SM. Produsele metalizate: relația dintre aluminiu și galiu .
URL: www.strategic-metal.typepad.com