Жарықдиодты жарықтандыруға көмектесетін кішкентай метал жарқырайды
Сипаттары:
- Атом символы: Ga
- Атом нөмірі: 31
- Элемент категориясы: кейінгі өтпелі металл
- Тығыздығы: 5.91 г / см3 (73 ° F / 23 ° C кезінде)
- Еріту нүктесі: 85.58 ° F (29.76 ° C)
- Қайнау температурасы: 3999 ° F (2204 ° C)
- Moh's Hardness: 1.5
Сипаттамалары:
Таза галлий күміс-ақ болып табылады және 85 ° F (29,4 ° C) температурада еріп кетеді.
Металл еріген күйде шамамен 4000 ° F (2204 ° C) дейін сақталып, барлық металл элементтердің ең үлкен сұйық диапазонын береді.
Галлий - салқындаған кезде кеңейтілетін бірнеше металдардың бірі, көлемін тек 3% -дан артық ұлғайтады.
Галийді басқа металдармен оңай қорытады, бірақ ол коррозиялы , торға шашыраңқы және көптеген металдарды әлсіретеді. Дегенмен, балқу температурасының төмен болуы, балқыма балқымалардың кейбіреулері үшін пайдалы.
Бөлме температурасында сұйық болып табылатын сынапқа қарағанда, галлий теріге де, шыныға да төзеді, бұл оны өңдеуді қиындатады. Галий сынап ретінде улы емес.
Тарих:
1875 жылы Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran сфалерит рудаларын зерттеген кезде табылған галий 20-шы ғасырдың соңына дейін ешқандай коммерциялық қолданбаларда қолданылмады.
Галлий құрылымдық металл ретінде аз пайдаланады, бірақ оның көптеген қазіргі заманғы электронды құрылғылардағы құндылығын төмендетуге болмайды.
Галийді коммерциялық пайдалану 1950-ші жылдардың басында басталған жарықдиодты диодтар (СИД) және III-V радиожиілік (РФ) жартылай өткізгіш технологиялары бойынша алғашқы зерттеулерден дамыды.
1962 жылы IBM физикасы бойынша Дж.Б. Ганнның галий арсенид (GaAs) бойынша жүргізген зерттеулері белгілі бір жартылай өткiзгiш заттар арқылы ағып жатқан электр тогының жоғары жиiлiктiң тербелiсiнiң ашылуына әкеп соқты, ол қазір Гунн Эффектi деп аталады. Бұл серпінділік ертедегі әскери детекторлардың Gunn диодтары (трансферлік электронды құрылғылар ретінде де белгілі) көмегімен әртүрлі автоматтандырылған құрылғыларда, автокөлік радарлары детекторларынан және сигнал контроллерлерінен ылғалдылықты табу детекторларына және ұрлық сигналдарына дейін қолдануға мүмкіндік берді.
GaAs негізіндегі алғашқы жарықдиодтар мен лазерлер 1960-шы жылдардың басында RCA, GE және IBM зерттеушілерімен жасалды.
Бастапқыда, СИД тек көзге көрінбейтін инфрақызыл жарық толқындарын шығара алды, жарықтандырғыштарды датчиктерге және фотоэлектрондық қосымшаларға шектеді. Бірақ қуат көзі ықшам жарық көздері сияқты олардың әлеуеті айқын болды.
1960-шы жылдардың басында Texas Instruments компаниясы LED-ді коммерциялық түрде ұсына бастады. 1970-ші жылдары сағаттар мен калькуляторлар дисплейлерінде қолданылатын ерте сандық дисплей жүйелері жарық диодты жарықтандыру жүйелерін пайдалану арқылы дамытылды.
1970 және 1980 жылдардағы зерттеулер одан әрі тиімді тұндыру әдістеріне әкелді, СИД технологиясын сенімді әрі тиімдірек ету. Галюмин-алюминий-мышьяк (ЖаалА) жартылай өткізгішті қосылыстардың дамуы алдыңғы жарықтандырудан он есе жарық шығарған светодиодтарға әкелді, ал СИД-ке түс спектрі жаңа, галий құрамды жартылай өткізгіш субстраттар, мысалы, индий галлий-нитрид (InGaN), галий-арсенид-фосфид (GaAsP) және гальий-фосфид (GaP).
1960 жылдардың соңына қарай GaAс өткізгіш қасиеттері ғарышты зерттеу үшін күн энергиясының көздері ретінде зерттелді. 1970 жылы кеңестік зерттеу тобы ГаА гетероструктуралық күн сәулелерінің жасушаларын құрды.
Оптоэлектрондық құрылғылар мен интегралды схемалар (АЖ) өндірісіне сын тұрғысынан, GaAs вафлиге сұраныс 90-шы жылдардың соңында және 21 ғасырдың басында ұялы байланыс пен баламалы энергетикалық технологияларды дамытуға байланысты болды.
Бұл өсіп келе жатқан сұранысты ескере отырып, 2000 жылдан 2011 жылға дейінгі кезеңде ғаламдық галлий өндірісі жылына шамамен 100 метрикалық тоннадан (MT) екі есе асып, 300 млн.
Өндіріс:
Жер қыртысының орташа галлий мөлшері миллионға шаққанда шамамен 15 бөлікке тең, шамамен литийге ұқсас және қорғасыннан гөрі кең тараған. Металл, алайда, кең таралған және бірнеше үнемді алынатын кендерде кездеседі.
Алюминийдің алдын ала алюминийін (Al2O3) тазарту кезінде бокситтен алынатын барлық негізгі галлийдің 90% -ы өндіріледі.
Сальфирит кенін тазарту кезінде мырыш өндірудің қосалқы өнімі ретінде аз мөлшерде галлий өндіріледі.
Байер процесінде алюминий кенін алюминий тотығына қайта өңдеу процесі, ұсақталған руда натрий гидроксиді ерітіндісімен (NaOH) жуады. Бұл алюминий тотығын натрий алюминатына айналдырады, ол танкілерде орналасады, ал қазір галлий бар натрий гидроксиді ерітіндісі қайта пайдалану үшін жиналады.
Бұл ликер қайта өңделгендіктен, галлийдің мөлшері әр циклден кейін шамамен 100-125 ppm деңгейіне жеткенше артады. Содан кейін қоспаны алуға болады және галоген ретінде шоғырландыратын ерітінді экстракция арқылы органикалық шелаттар.
Электролиттік ваннада 104-140 ° F (40-60 ° C) температурада натрий галлаты таза галлийге айналады. Қышқылмен жуылғаннан кейін ол 99,9-99,99% гальий металлын жасау үшін кеуекті керамика немесе шыны табақшалар арқылы сүзуге болады.
99.99% GaAs қосымшалары үшін стандартты прекурсорлы болып табылады, бірақ жаңа мақсаттарда ұшқыр элементтерді немесе электрохимиялық тазартуды және бөлшек кристаллизация әдістерін жою үшін вакуумдағы металлды жылыту арқылы қол жеткізуге болатын жоғары тазалық қажет.
Соңғы онжылдықта әлемдегі негізгі галлий өндірісінің басым бөлігі Қытайға көшті, ол қазір әлемдегі галлийдің 70% -ын қамтамасыз етеді. Басқа бастапқы өндіруші елдер - Украина мен Қазақстан.
Жылдық галлий өндірісінің шамамен 30% -ы ГаС құрамды IC вафли сияқты қалдықтар мен қайта өңделетін материалдардан шығарылады. Көптеген галлийді қайта өңдеу Жапонияда, Солтүстік Америкада және Еуропада болады.
АҚШ-тың геологиялық қызметі 2011 жылы тазартылған галлийдің 310 МТ-ін өндіргенін бағалайды.
Әлемдегі ең ірі өндірушілер: Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials және Recapture Metals Ltd.
Қолданбалар:
Легирленген галий металды сыныққа ұшыратады немесе тоздырады. Бұл ерекшелігі, балқу температурасының өте төмен болуы, галлийдің құрылымдық қосымшаларда аз пайдаланылуын білдіреді.
Өзінің металл түрінде галлий латереяларда және Galinstan ® сияқты балқымалы балқымаларда қолданылады, бірақ көбінесе жартылай өткізгіш материалдарда кездеседі.
Галлийдің негізгі қосымшаларын бес топқа бөлуге болады:
1. Жартылай өткізгіштер: Жыл сайынғы галлий тұтынудың шамамен 70% -ын есепке ала отырып, GaAs вафлидері GaAs IC-тың қуат үнемдеу және күшейту қабілетіне негізделген смартфондар және басқа сымсыз байланыс құрылғылары сияқты қазіргі заманғы электрондық құрылғылардың негізі болып табылады.
2. Жарықтандырғыш диодтар (СИД): 2010 жылдан бастап жылжымалы және тегіс экранды дисплей экрандарында жоғары жарықтылық светодиоды пайдалану есебінен LED секторындағы галийге деген жаһандық сұраныс екі есе өсті. Энергия тиімділігін арттыруға бағытталған жаһандық қадам сондай-ақ, интенсивті және шағын флуоресцентті жарықтандыруға арналған LED жарықтандыруды мемлекеттік қолдауды қамтамасыз етті.
3. Күн энергиясы: Галлийдің күн энергиясын қолдануында қолданылуы екі технологияға бағытталған:
- GaAs концентрлі күн батареялары
- Кадмий-индий-галий-селенид (CIGS) жұқа пленкалы күн батареялары
Жоғары тиімді фотоэлектрлік жасушалар ретінде, екі технология да мамандандырылған бағдарламаларда, әсіресе әуе-ғарыш және әскери салаларда байланысты, бірақ кең ауқымды коммерциялық пайдаланудағы кедергілерге тап болды.
4. Магниттік материалдар: Жоғары беріктігі, тұрақты магниттері компьютерлердің, гибридті автомобильдердің, жел турбиналарының және басқа да электронды және автоматтандырылған жабдықтардың негізгі компоненті болып табылады. Галийдің шағын қоспалары кейбір тұрақты магниттерде, соның ішінде неодималы темір бор (NdFeB) магниттерінде қолданылады.
5. Басқа да қосымшалар:
- Арнайы қорытпалар және лизерлер
- Ылғалдандыратын айналар
- Плутонийді ядролық тұрақтандырғыш ретінде
- Никель- марганец- гальий нысанын жіктеу қорытпасы
- Мұнай катализаторы
- Фармацевтикалық препараттарды қоса алғанда, биомедициналық қосымшалар (галий нитраты)
- Фосфор
- Нейтрино анықтау
Көздер:
Softpedia. Жарықдиодтардың тарихы (жарықдиодты диодтар).
Дерек көзі: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Энтони Джон Даунс (1993), «Алюминий химиясы, галий, индиум және таллий». Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Барратт, Кертис А. «III-V Semiconductors, РФ қолданудағы тарих». ECS Trans . 2009 ж., 19 том, 3-шығарылым, 79-84 беттер.
Шуберт, Э Фред. Жарық таратушы диодтар . Rensselaer Политехникалық Институты, Нью-Йорк. 2003 жылғы мамыр.
USGS. Минералды Тауардың қысқаша сипаттамасы: Галий.
Дереккөз: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM Report. Қосарлы металдар: алюминий-галий қатынастары .
URL: www.strategic-metal.typepad.com