Það er til tegund málms sem er mjög töfrandi. Í daglegu lífi birtist hann í fljótandi formi eins og kvikasilfur. Ef þú sleppir honum á dós verðurðu hissa á að uppgötva að flaskan verður eins brothætt og pappír og brotnar við aðeins eitt stung. Að auki veldur það þessu ástandi að sleppa honum á málma eins og kopar og járn, sem má kalla „málmaloka“. Hvað veldur því að hann hefur slíka eiginleika? Í dag förum við inn í heim málmsins gallíums.
1. Hvaða frumefni ergallíummálmur
Gallíum er í fjórða flokki IIIA í lotukerfinu. Bræðslumark hreins gallíums er mjög lágt, aðeins 29,78 ℃, en suðumarkið er allt að 2204,8 ℃. Á sumrin er megnið af því fljótandi og getur brætt þegar það er sett í lófa sinn. Af ofangreindum eiginleikum má skilja að gallíum getur tært aðra málma einmitt vegna lágs bræðslumarks þess. Fljótandi gallíum myndar málmblöndur með öðrum málmum, sem er töfrafyrirbærið sem áður var getið. Magn þess í jarðskorpunni er aðeins um 0,001% og tilvist þess var ekki uppgötvuð fyrr en fyrir 140 árum. Árið 1871 tók rússneski efnafræðingurinn Mendeleev saman lotukerfinu og spáði því að á eftir sinki væri einnig frumefni fyrir neðan ál, sem hefði svipaða eiginleika og ál og er kallað „állíkt frumefni“. Árið 1875, þegar franski vísindamaðurinn Bowabordland var að rannsaka litrófslínulögmál málmfrumefna af sömu ætt, fann hann undarlega ljósa rönd í sfaleríti (ZnS), þannig að hann fann þetta „állíka frumefni“ og nefndi það síðan eftir heimalandi sínu Frakklandi (Gallíu, latneska Gallíu), með tákninu Ga til að tákna þetta frumefni, þannig að gallíum varð fyrsta frumefnið sem spáð var fyrir um í sögu uppgötvunar efnafræðinnar, og fann síðan staðfest frumefnið í tilraunum.
Gallíum er aðallega dreift í Kína, Þýskalandi, Frakklandi, Ástralíu, Kasakstan og öðrum löndum í heiminum, og gallíumforði Kína nemur meira en 95% af heildarmagni heimsins, aðallega í Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi og víðar [1]. Hvað varðar dreifingartegund, þá er aðallega báxít í Shanxi, Shandong og öðrum stöðum, tinmálmgrýti í Yunnan og víðar, og sfalerít í Hunan og öðrum stöðum. Í upphafi uppgötvunar gallíummálmsins, vegna skorts á samsvarandi rannsóknum á notkun þess, hefur fólk alltaf talið að það sé málmur með litla notagildi. Hins vegar, með sífelldri þróun upplýsingatækni og tímum nýrrar orku og hátækni, hefur gallíummálmur vakið athygli sem mikilvægt efni á upplýsingasviðinu og eftirspurn eftir honum hefur einnig aukist verulega.
2. Notkunarsvið gallíums málms
1. Hálfleiðarasvið
Gallíum er aðallega notað í hálfleiðaraefnum, þar sem gallíumarseníð (GaAs) er mest notað og tæknin sú fullkomnasta. Sem flutningsefni upplýsinga eru hálfleiðaraefni 80% til 85% af heildarnotkun gallíums, aðallega notað í þráðlausum samskiptum. Gallíumarseníð aflmagnarar geta aukið hraða samskipta allt að 100 sinnum hraða 4G neta, sem getur gegnt mikilvægu hlutverki við að komast inn í 5G tímabilið. Ennfremur er hægt að nota gallíum sem varmadreifingarmiðil í hálfleiðaraforritum vegna varmaeiginleika þess, lágs bræðslumarks, mikillar varmaleiðni og góðrar flæðisgetu. Notkun gallíummálms í formi gallíum-byggðrar málmblöndu í varmaviðmótsefnum getur bætt varmadreifingargetu og skilvirkni rafeindaíhluta.
2. Sólarsellur
Þróun sólarsella hefur færst frá fyrstu einkristallaðri kísilsólarsellum yfir í fjölkristallaðar kísilsþunnfilmufrumur. Vegna mikils kostnaðar við fjölkristallaðar kísilsþunnfilmufrumur hafa vísindamenn uppgötvað kopar-indíum-gallíum-selen þunnfilmufrumur (CIGS) í hálfleiðaraefnum [3]. CIGS-frumur hafa þá kosti að framleiða sólarsellur með lágum framleiðslukostnaði, framleiða stórar lotur og hafa mikla ljósvirkni, sem hefur því víðtæka þróunarmöguleika. Í öðru lagi hafa gallíumarseníð sólarsellur verulega kosti í skilvirkni samanborið við þunnfilmufrumur úr öðrum efnum. Hins vegar, vegna mikils framleiðslukostnaðar við gallíumarseníðefni, eru þær nú aðallega notaðar í geimferða- og hernaðargeiranum.
3. Vetnisorka
Með vaxandi vitund um orkukreppuna um allan heim leitast fólk við að skipta út óendurnýjanlegum orkugjöfum, þar sem vetnisorka sker sig úr. Hins vegar hindrar hár kostnaður og lágt öryggi vetnisgeymslu og flutnings þróun þessarar tækni. Sem algengasta málmþátturinn í jarðskorpunni getur ál hvarfast við vatn til að framleiða vetni við ákveðnar aðstæður, sem er kjörið vetnisgeymsluefni. Hins vegar, vegna þess að yfirborð áls oxast auðveldlega til að mynda þétta áloxíðfilmu, sem hindrar viðbrögðin, hafa vísindamenn komist að því að gallíum með lágu bræðslumarki getur myndað málmblöndu með áli og gallíum getur leyst upp yfirborðs áloxíðhúðina, sem gerir viðbrögðunum kleift að halda áfram [4], og gallíum er hægt að endurvinna og endurnýta. Notkun ál-gallíum málmblönduefna leysir mjög vandamálið við hraða undirbúning og örugga geymslu og flutning vetnisorku, sem bætir öryggi, hagkvæmni og umhverfisvernd.
4. Læknisfræðilegt svið
Gallíum er mikið notað í læknisfræði vegna einstakra geislunareiginleika þess, sem hægt er að nota til myndgreiningar og til að hindra illkynja æxli. Gallíumsambönd hafa augljós sveppaeyðandi og bakteríudrepandi virkni og ná að lokum sótthreinsun með því að trufla efnaskipti baktería. Og gallíummálmblöndur má nota til að búa til hitamæla, svo sem gallíum-indíum-tin hitamæla, nýja tegund af fljótandi málmblöndu sem er örugg, eiturefnalaus og umhverfisvæn og hægt er að nota í stað eitraðra kvikasilfurshitamæla. Að auki kemur ákveðinn hluti af gallíum-byggðri málmblöndu í stað hefðbundins silfuramalgams og er notaður í klínískum tilgangi sem nýtt tannfyllingarefni.
3. Horfur
Þótt Kína sé einn helsti framleiðandi gallíums í heiminum eru enn mörg vandamál í kínverska gallíumiðnaðinum. Vegna lágs innihalds gallíums sem fylgisteinda eru gallíumframleiðslufyrirtæki dreifð og veikir hlekkir í iðnaðarkeðjunni. Námuvinnslan hefur í för með sér alvarlega umhverfismengun og framleiðslugeta hágæða gallíums er tiltölulega veik, aðallega byggt á útflutningi á grófu gallíum á lágu verði og innflutningi á hreinsuðu gallíum á háu verði. Hins vegar, með þróun vísinda og tækni, bættum lífskjörum fólks og útbreiddri notkun gallíums á sviði upplýsinga og orku, mun eftirspurn eftir gallíum einnig aukast hratt. Tiltölulega afturhaldssöm framleiðslutækni hágæða gallíums mun óhjákvæmilega setja skorður á iðnaðarþróun Kína. Þróun nýrrar tækni er af mikilli þýðingu til að ná fram hágæða þróun vísinda og tækni í Kína.
Birtingartími: 17. maí 2023