Logam Profil: Gallium

Gallium adalah logam kecil berwarna perak yang menghakis, yang mencairkan berhampiran suhu bilik dan paling banyak digunakan dalam pengeluaran sebatian semikonduktor.

Hartanah:

• Simbol Atom: Ga
• Nombor Atom: 31
• Kategori Unsur: Logam pasca peralihan
• Ketumpatan: 5. 91 g / cm³ (pada 73 ° F /
• Titik lebur: 85. 58 ° F (29. 76 ° C)
• Titik didih: 3999 ° F (2204 ° C)
• Kekerasan Moh: 1. 5

Ciri-ciri:

Gallium tulen berwarna perak dan cair pada suhu di bawah 85 ° F (29 ° 4 ° C).

Logam ini kekal dalam keadaan cair sehingga hampir 4000 ° F (2204 ° C), memberikannya pelbagai cecair terbesar bagi semua unsur logam.

Gallium adalah salah satu daripada hanya beberapa logam yang mengembang apabila ia menyejukkan, meningkatkan jumlahnya dengan lebih dari 3%.

Walaupun gali dengan aloi mudah dengan logam lain, ia mengakis, menyebarkan ke dalam kekisi, dan melemahkan, kebanyakan logam. Titik leburnya yang rendah, bagaimanapun, menjadikannya berguna dalam aloi cair yang rendah.

Berbanding dengan merkuri, yang juga cecair pada suhu bilik, galium memakai kedua-dua kulit dan kaca, menjadikannya lebih sukar untuk ditangani. Walau bagaimanapun galium tidak hampir sebagai toksik seperti merkuri.

Sejarah:

Ditemui pada tahun 1875 oleh Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran semasa memeriksa bijih sphalerit, galium tidak digunakan dalam sebarang aplikasi komersial sehingga bahagian terakhir abad ke-20.

Gallium tidak banyak digunakan sebagai logam struktur, tetapi nilainya dalam banyak alat elektronik moden tidak dapat dikurangkan.

Kegunaan komersil gallium yang dihasilkan dari penyelidikan awal dioda pemancar cahaya (LED) dan teknologi semikonduktor frekuensi radio III (V), yang bermula pada awal 1950-an.

Pada tahun 1962, penyelidikan fizik IBM J. B. Gunn mengenai galium arsenide (GaAs) membawa kepada penemuan aliran ayunan tinggi arus elektrik yang mengalir melalui pepejal semikonduktor tertentu - kini dikenali sebagai 'Gunn Effect'.

Penemuan ini membuka jalan bagi pengesan ketenteraan awal untuk dibina menggunakan Gunn diodes (juga dikenali sebagai peranti elektron pemindahan) yang telah digunakan pada pelbagai peranti automatik, dari pengesan radar kereta dan pengawal isyarat kepada pengesan kandungan kelembapan dan penggera pencuri .

LED pertama dan laser berdasarkan GaA dihasilkan pada tahun 1960-an oleh para penyelidik di RCA, GE, dan IBM.

Pada mulanya, LED hanya dapat menghasilkan gelombang cahaya inframerah yang tidak dapat dilihat, mengehadkan lampu ke sensor, dan aplikasi foto-elektronik. Tetapi potensi mereka sebagai sumber cahaya kompak cekap tenaga jelas.

Pada awal 1960-an, Texas Instruments mula menawarkan LED secara komersil. Pada tahun 1970-an, sistem paparan digital awal, yang digunakan dalam jam tangan dan paparan kalkulator, tidak lama kemudian dibangunkan dengan menggunakan sistem lampu latar LED.

Penyelidikan lanjut pada tahun 1970-an dan 1980-an menghasilkan teknik pemendapan yang lebih cekap, menjadikan teknologi LED lebih dipercayai dan kos efektif. Perkembangan sebatian semikonduktor galium-aluminium-arsenik (GaAlAs) menghasilkan LED yang sepuluh kali lebih cerah daripada sebelumnya, manakala spektrum warna yang tersedia untuk LED juga maju berdasarkan substrat semi konduktif yang mengandungi galium baru, seperti indium- galium-nitrida (InGaN), gallium-arsenide-phosphide (GaAsP), dan gallium-phosphide (GaP).

Menjelang akhir 1960-an, sifat-sifat konduktif GaA juga sedang dikaji sebagai sebahagian daripada sumber tenaga suria untuk penerokaan ruang angkasa. Pada tahun 1970, pasukan penyelidikan Soviet mencipta sel solar heterostruktur GaA pertama.

Kritikal untuk pembuatan peranti optoelektronik dan litar bersepadu (IC), permintaan untuk wafer GaA melonjak pada akhir 1990-an dan permulaan abad ke-21 dalam hubungan dengan pembangunan komunikasi mudah alih dan teknologi tenaga alternatif.

Tidak menghairankan, sebagai tindak balas terhadap permintaan yang semakin meningkat ini, antara pengeluaran gallium utama global pada tahun 2000 dan 2011 lebih daripada dua kali ganda dari kira-kira 100 tan metrik (MT) setahun kepada lebih daripada 300MT.

Pengeluaran:

Kandungan gallium purata di kerak bumi dianggarkan kira-kira 15 bahagian per juta, kira-kira sama dengan litium dan lebih biasa daripada plumbum.

Logam, bagaimanapun, secara meluas tersebar dan hadir dalam beberapa badan bijih yang boleh diekstrak dari segi ekonomi.

Sebanyak 90% daripada semua gallium utama yang dihasilkan diekstrak daripada bauksit semasa penapisan alumina (Al2O3), pendahulu kepada aluminium. Sebilangan kecil galium dihasilkan sebagai hasil sampingan zink semasa penapisan bijih sphalerit.

Semasa Proses Bayer bijih aluminium menyempurnakan alumina, bijih dihancurkan dibasuh dengan larutan natrium hidroksida (NaOH) yang panas. Ini menukarkan alumina kepada natrium aluminat, yang menetap di dalam tangki manakala minuman keras natrium hidroksida yang kini mengandungi galium dikumpulkan untuk digunakan semula.

Oleh kerana minuman keras ini dikitar semula, kandungan gallium meningkat selepas setiap kitaran sehingga mencapai tahap kira-kira 100-125ppm. Campuran itu kemudiannya boleh diambil dan ditumpukan sebagai gallate melalui pengekstrakan pelarut menggunakan ejen chelating organik.

Dalam mandi elektrolitik pada suhu 104-140 ° F (40-60 ° C), natrium galleat ditukar kepada galium yang tidak bersih. Selepas mencuci dalam asid, ini kemudiannya boleh ditapis melalui plat seramik atau kaca berliang untuk mencipta 99. 9-99. 99% galium logam.

99. 99% adalah gred pendahuluan piawai untuk aplikasi GaA, tetapi kegunaan baru memerlukan kesucian yang lebih tinggi yang dapat dicapai dengan memanaskan logam di bawah vakum untuk menghilangkan elemen yang tidak menentu atau pemurnian elektrokimia dan kaedah penghabluran pecahan.

Sepanjang dekad yang lalu, kebanyakan pengeluaran gallium utama di dunia telah berpindah ke China yang kini membekalkan kira-kira 70% gali di dunia. Negara-negara pengeluar utama lain termasuk Ukraine dan Kazakhstan.

Kira-kira 30% daripada pengeluaran gali tahunan diekstrak dari sekerap dan bahan kitar semula seperti wafer IC yang mengandungi GaA.Kebanyakan kitar semula gallium berlaku di Jepun, Amerika Utara, dan Eropah. Penyelidikan Geologi AS menganggarkan bahawa 310MT gallium halus telah dihasilkan pada tahun 2011.

Pengeluar terbesar di dunia termasuk Zhuhai Fangyuan, Bahan Bahan Semikonduktor Beijing Jiya, dan Recapture Metals Ltd

Aplikasi:

Apabila gali aloi cenderung menghancurkan atau membuat logam seperti keluli rapuh. Ciri ini, bersama-sama dengan suhu lebur yang sangat rendah, bermakna galium tidak banyak digunakan dalam aplikasi struktur.

Dalam bentuk logamnya, gallium digunakan dalam solder dan aloi cair rendah, seperti Galinstan®, tetapi ia paling sering dijumpai dalam bahan semikonduktor.

Aplikasi utama Gallium boleh dikategorikan kepada 5 kumpulan:

1. Semikonduktor: Perakaunan untuk kira-kira 70% daripada penggunaan gali tahunan, GaAs wafer adalah tulang belakang dari banyak alat elektronik moden, seperti telefon pintar dan peranti komunikasi wayarles lain yang bergantung pada kuasa penjimatan dan keupayaan amplifikasi IC GaAs.

2. Light Emitting Diodes (LED): Sejak 2010, permintaan dunia untuk galium dari sektor LED dilaporkan meningkat dua kali ganda, disebabkan penggunaan LED kecerahan tinggi dalam skrin paparan skrin mudah alih dan rata. Langkah global ke arah kecekapan tenaga yang lebih tinggi juga telah membawa kepada sokongan kerajaan untuk penggunaan lampu LED menerusi pencahayaan neon pijar dan padat.

3. Penggunaan tenaga Gallium dalam aplikasi tenaga solar difokuskan pada dua teknologi: sel-sel fotovoltaik yang sangat efisien, kedua-dua teknologi

sel-sel solar concentrator GaAs

• sel surya filem selimide Cadmium-indium-gallium-selenide (CIGS) telah berjaya dalam aplikasi khusus, terutamanya yang berkaitan dengan aeroangkasa dan tentera tetapi masih menghadapi halangan untuk kegunaan komersil berskala besar.
• 4. Bahan magnet: Kekuatan tinggi, magnet kekal adalah komponen utama komputer, kereta hibrid, turbin angin dan pelbagai peralatan elektronik dan automatik lain. Tambahan kecil galakum digunakan dalam beberapa magnet kekal, termasuk magnet neodymium-iron-boron (NdFeB).

5. Aplikasi lain:

Aloi dan solder khusus

Cermin membasahi

• Dengan plutonium sebagai penstabil nuklear
• Aloi memori bentuk nikel-mangan-galium
• Petroleum Petroleum
• Aplikasi bioperubatan, nitrat)
• Phosphors
• Pengesanan Neutrino
• Sumber:
• Softpedia. Sejarah LED (Diod Pemancar Cahaya).

_{Sumber: // web. arkib. org / web / 20130325193932 / // gadgets. softpedia. com / news / History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01. html}

_{Anthony John Downs, (1993), "Kimia Aluminium, Gallium, Indium, dan Thallium". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5}

_{Barratt, Curtis A. "Semikonduktor III-V, Sejarah dalam Aplikasi RF".}

_{ECS Trans}

_{. 2009, Jilid 19, Keluaran 3, Halaman 79-84. Schubert, E. Fred. Dioda Light-Emitting}

_{. Institut Politeknik Rensselaer, New York. Mei 2003. USGS. Susunan Komoditi Mineral: Gallium. Sumber: // mineral. usg. gov / mineral / pub / komoditi / galium / indeks. html}

_{Laporan SM.}

_{Logam Produk Produk: Hubungan Aluminium-Gallium}

_{. URL: www. strategik-logam. typepad. com}