Метални профил: Галлиум и ЛЕД светла

Галијум је корозиван минималан метал сребрне боје који се топи близу собне температуре и најчешће се користи у производњи полупроводничких једињења.

• Атомски симбол: Га
• Атомски број: 31
• Елемент Категорија: Метал након преласка
• Густина: 5,91 г / цм³ (на 73 ° Ф / 23 ° Ц)
• Тачка топљења: 29.76 ° Ц
• Тачка кључања: 2204 ° Ф
• Мохова тврдоћа: 1.5

Чисти галијум је сребрнасто беле боје и топи се на температурама испод 85 ° Ф (29,4 ° Ц). Метал остаје у топљеном стању до скоро 4000 ° Ф (2204 ° Ц), што му омогућава највећи опсег течности од свих металних елемената.

Галијум је један од свега неколико метала који се шири како се хлади, повећавајући запремину за нешто више од 3%.

Иако се галијум лако легира са другим металима, такав је корозивно, дифундирање у решетку и слабљење већине метала. Међутим, његова ниска талиште чини га корисним у неким легурама са ниским талиштем.

Насупрот жива, који је такође течан на собним температурама, галијум влажи и кожу и стакло, што отежава руковање. Галијум није ни приближно токсичан као жива.

Откривен 1875. године од Паул-Емиле Лецок де Боисбаудран током испитивања схалеритних руда, галијум није коришћен ни у једној комерцијалној примени све до другог дела 20. века.

Галијум је од мале користи као структурални метал, али његову вредност у многим модерним електронским уређајима не може занемарити.

Комерцијална употреба галијума развијена је од иницијалног истраживања диоде светлосних диода (ЛЕД) и полуводичке технологије ИИИ-В радиофреквенција (РФ), која су започета почетком 1950-их.

1962. године, физичар ИБМ-а Ј.Б. Гунн о галијум-арсениду (ГаАс) довео је до открића високофреквентних осцилација електричне струје која тече кроз одређене полуводичке чврсте супстанце - данас познате као Гунн ефекат. Овај пробој отворио је пут конструкцији раних војних детектора помоћу Гунн диода (такође познатих као уређаји за пренос електрона) који се од тада користе у разним аутоматизованим уређајима, од детектора аутомобила и контролера сигнала до детектора садржаја влаге и провалника аларми.

Први ЛЕД и ласери засновани на ГаАс произведени су почетком 1960-их од стране истраживача из РЦА, ГЕ и ИБМ.

У почетку су ЛЕД диоде могле да производе само невидљиве инфрацрвене светлосне таласе, ограничавајући светла на сензоре, и фото-електронске апликације. Али њихов потенцијал као енергетски ефикасни компактни извори светлости је био очигледан.

Почетком 1960-их, Текас Инструментс су почели комерцијално нудити ЛЕД-ове. До 1970-их, рани дигитални приказивачки системи, који се користе у сатовима и екранима калкулатора, убрзо су развијени помоћу система за позадинско осветљење.

Даљња истраживања 1970-их и 1980-их резултирала су ефикаснијим техникама таложења, што ЛЕД технологију чини поузданијом и исплативијом. Развој полупроводничких једињења галијум-алуминијум-арсена (ГаАлАс) резултирао је ЛЕД-има који су десет пута светлији од претходних, док је спектар боја доступан ЛЕДтакође је напредан на основу нових полупроводних супстрата који садрже галијум, као што су индијум-галијум-нитрид (ИнГаН), галијум-арсенид-фосфид (ГаАсП) и галијум-фосфид (ГаП).

До касних 1960-их, ГаАс проводљива својства су такође истраживана као део соларних извора енергије за истраживање свемира. 1970. совјетски истраживачки тим створио је прве соларне ћелије за хетероструктуру ГаАс.

Критична за производњу оптоелектроничких уређаја и интегрисаних кола (ИЦ), потражња за ГаАс резним резама се у последње време повећала 1990. и почетак 21. века у корелацији са развојем мобилне комуникације и алтернативне енергије технологија.

Није изненађујуће, као одговор на ову све већу потражњу, између 2000. и 2011. глобална производња примарног галијума се удвостручила, отприлике 100 метричких тона (МТ) годишње до преко 300МТ.

Процењује се да просечни садржај галија у земљиној кори износи око 15 делова на милион, отприлике сличан литијуму и чешћи од олово. Метал је, међутим, широко дисперзиран и присутан у неколицини рудних тела која се могу екстрахирати.

Чак 90% свих произведених примарних галијума се тренутно извлачи из боксита током рафинирања глинице (Ал2О3), претече алуминијум. Мала количина галијума производи се као нуспроизвод од цинк екстракција током рафинирања руде сфалерита.

Током Баиеровог процеса рафинирања алуминијске руде до глинице, дробљена руда се испере врућим раствором натријум хидроксида (НаОХ). Ово претвара глиницу у натријум алуминат, који се таложи у резервоарима, док се течност натријум хидроксида, која сада садржи галијум, сакупља за поновну употребу.

Пошто се та течност рециклира, садржај галија се повећава након сваког циклуса док не достигне ниво од око 100-125 ппм. Смеша се затим може узети и концентровати у облику галата екстракцијом растварача користећи органска хелатна средства.

У електролитичкој купељи (40-60 ° Ц) од 104-140 ° Ф, натријум галат се претвара у нечисти галијум. После прања киселином, то се затим може филтрирати кроз порозне керамичке или стаклене плоче да би се створио метал од галијума од 99,9-99,99%.

99,99% је стандардна оцена претходника за ГаАс апликације, али нове употребе захтевају веће чистоће које могу да постигну загревање метала под вакуумом ради уклањања испарљивих елемената или електрохемијско прочишћавање и фракциона кристализација методе.

Током протекле деценије, велики део светске примарне производње галијума се преселио у Кину која сада испоручује око 70% светског галијума у ​​свету. Остале земље које су примарно произвођачи укључују Украјину и Казахстан.

Око 30% годишње галијума производи се од отпадног отпада и материјала који се могу рециклирати, као што су ИЦ плоче које садрже ГаАс. Већина рециклаже галијума одвија се у Јапану, Северној Америци и Европи.

Тхе Амерички геолошки завод процењује се да је у 2011. произведено 310МТ рафинираног галијума.

Највећи светски произвођачи укључују Зхухаи Фангиуан, Беијинг Јииа Семицондуцтор Материалс и Рецаптуре Металс Лтд.

Када се легирани галијум кородира или ствара метале попут челика крт. Ова особина, заједно са екстремно ниском температуром топљења, значи да је галијум мало коришћен у структурним применама.

У свом металном облику, галијум се користи у лемилицама и легурама са малим стопама, попут Галинстан®, али се најчешће налази у полуводичким материјалима.

Главне апликације компаније Галлиум могу се сврстати у пет група:

1. Полупроводници: који чине око 70% годишње галијумске потрошње, ГаАс резнице су окосница многих модерних електронских уређаји, попут паметних телефона и других бежичних комуникационих уређаја који се ослањају на могућност уштеде енергије и појачања ГаАс ИЦ-ови.

2. Светлеће диоде (ЛЕД): Од 2010. године, глобална потражња за галијем из ЛЕД сектора наводно се удвостручује, захваљујући употреби ЛЕД-ова велике светлости на мобилним и плоснатим екранима. Глобални помак ка већој енергетској ефикасности довео је и до државне подршке за употребу ЛЕД расвете за ужарену и компактну флуоресцентну расвету.

3. Соларна енергија: Употреба Галлиума у ​​апликацијама за соларну енергију фокусирана је на две технологије:

• ГаАс концентрационе соларне ћелије
• Кадмијум-индијум-галијум-селенид (ЦИГС) танке фолије

Као високо ефикасне фотонапонске ћелије обе технологије су имале успех у специјализованим апликације, посебно повезане са ваздухопловним и војним, али се и даље суочавају са великим препрекама комерцијалну употребу.

4. Магнетни материјали: Висока чврстоћа, трајна магнети су кључна компонента рачунара, хибридних аутомобила, ветротурбина и разне друге електронске и аутоматизоване опреме. Мале додатке галијума користе се у неким трајним магнетима, укључујући неодим-гвожђе-бор (НдФеБ) магнети.

5. Остале апликације:

• Специјалне легуре и лемилице
• Влажно огледала
• Са плутонијумом као нуклеарним стабилизатором
• Никал-манган-легуре меморије у облику галијума
• Нафтни катализатор
• Биомедицинске апликације, укључујући фармацеутске лекове (галијум нитрат)
• Фосфора
• Откривање неутрина

_{Извори:}

_{Софтпедиа. Историја ЛЕД диода (светлеће диоде).}

_{Извор: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html}

_{Антхони Јохн Довнс, (1993), "Хемија алуминијума, галијума, индијума и талијума." Спрингер, ИСБН 978-0-7514-0103-5}

_{Барратт, Цуртис А. "ИИИ-В полуводичи, историја у РФ апликацијама." ЕЦС Транс. 2009, том 19, издање 3, странице 79-84.}

_{Сцхуберт, Е. Фред. Светлеће диоде. Ренсселаер Политецхниц Институте, Нев Иорк. Мај 2003.}

_{УСГС. Сажеци минералних сировина: Галијум.}

_{Извор: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html}

_{СМ Извештај. Метали споредних производа: Однос алуминијума и галијума.}

_{УРЛ: ввв.стратегиц-метал.типепад.цом}