Có một loại kim loại rất kỳ diệu. Trong cuộc sống hàng ngày, nó xuất hiện ở dạng lỏng như thủy ngân. Nếu bạn thả nó trên một cái lon, bạn sẽ ngạc nhiên khi thấy rằng chai trở nên mỏng manh như giấy, và nó sẽ bị vỡ chỉ bằng một cái chọc. Ngoài ra, việc thả nó lên các kim loại như đồng và sắt cũng gây ra tình huống này, có thể được gọi là Kim loại Terminator. Điều gì khiến nó có những đặc điểm như vậy? Hôm nay chúng ta sẽ bước vào thế giới của Gallium kim loại.
1 、 Yếu tố là gìkim loại gallium
Phần tử Gallium nằm trong nhóm IIIA giai đoạn thứ tư trong bảng tuần hoàn của các yếu tố. Điểm nóng chảy của gallium tinh khiết rất thấp, chỉ 29,78, nhưng điểm sôi cao tới 2204,8. Vào mùa hè, phần lớn nó tồn tại dưới dạng chất lỏng và có thể bị tan chảy khi đặt trong lòng bàn tay. Từ các thuộc tính trên, chúng ta có thể hiểu rằng gallium có thể ăn mòn các kim loại khác chính xác vì điểm nóng chảy thấp của nó. Chất lỏng gallium tạo thành hợp kim với các kim loại khác, đó là hiện tượng ma thuật được đề cập trước đó. Nội dung của nó trong lớp vỏ trái đất chỉ khoảng 0,001%và sự tồn tại của nó không được phát hiện cho đến 140 năm trước. Năm 1871, nhà hóa học người Nga Mendeleev đã tóm tắt bảng tuần hoàn của các yếu tố và dự đoán rằng sau kẽm, cũng có một nguyên tố dưới nhôm, có tính chất tương tự như nhôm và được gọi là một nhôm giống như nguyên tố. Vào năm 1875, khi nhà khoa học người Pháp Bowabordland đang nghiên cứu các định luật quang phổ của các yếu tố kim loại của cùng một gia đình, anh ta đã tìm thấy một dải ánh sáng kỳ lạ trong sphalerite (ZNS), vì vậy anh ta đã tìm thấy nguyên tố này, và sau đó là nguyên tố của GAULE yếu tố trong các thí nghiệm.
Gallium chủ yếu được phân phối tại Trung Quốc, Đức, Pháp, Úc, Kazakhstan và các quốc gia khác trên thế giới, trong đó tài nguyên Gallium của Trung Quốc chiếm hơn 95% tổng số thế giới, chủ yếu được phân phối ở Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Henan, Guangxi và các địa điểm khác [1]. Về loại phân phối, Shanxi, Sơn Đông và những nơi khác chủ yếu tồn tại ở Bauxite, Vân Nam và những nơi khác trong quặng thiếc, và Hunan và những nơi khác chủ yếu tồn tại trong sphalerite. Khi bắt đầu phát hiện ra kim loại gallium, do thiếu nghiên cứu tương ứng về ứng dụng của nó, mọi người luôn tin rằng đó là một kim loại có khả năng sử dụng thấp. Tuy nhiên, với sự phát triển liên tục của công nghệ thông tin và kỷ nguyên năng lượng mới và công nghệ cao, Gallium Metal đã nhận được sự chú ý như một tài liệu quan trọng trong lĩnh vực thông tin, và nhu cầu của nó cũng tăng lên rất nhiều.
2 Các trường ứng dụng của gallium kim loại
1. Trường bán dẫn
Gallium chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn, với vật liệu gallium arsenide (GaAs) được sử dụng rộng rãi nhất và công nghệ là trưởng thành nhất. Là một chất mang phổ biến thông tin, vật liệu bán dẫn chiếm 80% đến 85% tổng lượng tiêu thụ gallium, chủ yếu được sử dụng trong giao tiếp không dây. Bộ khuếch đại công suất gallium arsenide có thể tăng tốc độ truyền giao tiếp lên 100 lần so với mạng 4G, có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc bước vào kỷ nguyên 5G. Hơn nữa, gallium có thể được sử dụng như một môi trường tản nhiệt trong các ứng dụng bán dẫn do đặc tính nhiệt, điểm nóng chảy thấp, độ dẫn nhiệt cao và hiệu suất dòng chảy tốt. Áp dụng kim loại gallium dưới dạng hợp kim dựa trên gallium trong vật liệu giao diện nhiệt có thể cải thiện khả năng tản nhiệt và hiệu quả của các thành phần điện tử.
2. Tế bào mặt trời
Sự phát triển của pin mặt trời đã đi từ pin mặt trời silicon đơn tinh thể sớm sang các tế bào màng mỏng silicon đa tinh thể. Do chi phí cao của các tế bào màng mỏng silicon polycrystalline, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra các tế bào màng mỏng indium gallium selenium (CIGS) trong vật liệu bán dẫn [3]. Các tế bào CIGS có lợi thế của chi phí sản xuất thấp, sản xuất hàng loạt lớn và tỷ lệ chuyển đổi quang điện cao, do đó có triển vọng phát triển rộng. Thứ hai, pin mặt trời gallium arsenide có những ưu điểm đáng kể về hiệu quả chuyển đổi so với các tế bào màng mỏng làm từ các vật liệu khác. Tuy nhiên, do chi phí sản xuất cao của vật liệu gallium arsenide, chúng hiện chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ và quân sự.
3. Năng lượng hydro
Với nhận thức ngày càng tăng về cuộc khủng hoảng năng lượng trên toàn thế giới, mọi người đang tìm cách thay thế các nguồn năng lượng không tái tạo, trong đó năng lượng hydro nổi bật. Tuy nhiên, chi phí cao và an toàn thấp của việc lưu trữ và vận chuyển hydro cản trở sự phát triển của công nghệ này. Vì nguyên tố kim loại phong phú nhất trong lớp vỏ, nhôm có thể phản ứng với nước để tạo ra hydro trong một số điều kiện nhất định, tuy nhiên, một vật liệu lưu trữ hydro lý tưởng, do quá trình oxy hóa dễ dàng của bề mặt nhôm kim loại để tạo thành một chất kết hợp oxit. Phản ứng để tiến hành [4], và gallium kim loại có thể được tái chế và tái sử dụng. Việc sử dụng các vật liệu hợp kim bằng nhôm gallium giải quyết đáng kể vấn đề chuẩn bị nhanh chóng và lưu trữ và vận chuyển năng lượng hydro an toàn, cải thiện an toàn, kinh tế và bảo vệ môi trường.
4. Lĩnh vực y tế
Gallium thường được sử dụng trong lĩnh vực y tế do tính chất bức xạ độc đáo của nó, có thể được sử dụng để chụp ảnh và ức chế các khối u ác tính. Các hợp chất gallium có các hoạt động kháng nấm và kháng khuẩn rõ ràng, và cuối cùng đạt được quá trình khử trùng bằng cách can thiệp vào chuyển hóa vi khuẩn. Và hợp kim gallium có thể được sử dụng để chế tạo nhiệt kế, chẳng hạn như nhiệt kế Gallium indium thiếc, một loại hợp kim kim loại lỏng mới an toàn, không độc hại và thân thiện với môi trường và có thể được sử dụng để thay thế nhiệt kế thủy ngân độc hại. Ngoài ra, một tỷ lệ nhất định của hợp kim dựa trên gallium thay thế hỗn hợp bạc truyền thống và được sử dụng trong các ứng dụng lâm sàng như một vật liệu làm đầy nha khoa mới.
3 Triển vọng
Mặc dù Trung Quốc là một trong những nhà sản xuất chính của gallium trên thế giới, nhưng vẫn có nhiều vấn đề trong ngành công nghiệp gallium của Trung Quốc. Do hàm lượng thấp của gallium như một khoáng chất đồng hành, các doanh nghiệp sản xuất gallium bị phân tán và có các liên kết yếu trong chuỗi công nghiệp. Quá trình khai thác có ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và khả năng sản xuất gallium tinh khiết cao tương đối yếu, chủ yếu dựa vào việc xuất khẩu gallium thô với giá thấp và nhập khẩu gallium tinh chế với giá cao. Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, việc cải thiện mức sống của mọi người và ứng dụng rộng rãi của gallium trong các lĩnh vực thông tin và năng lượng, nhu cầu về gallium cũng sẽ tăng nhanh. Công nghệ sản xuất tương đối lạc hậu của gallium tinh khiết cao chắc chắn sẽ có những hạn chế đối với sự phát triển công nghiệp của Trung Quốc. Phát triển các công nghệ mới có ý nghĩa lớn để đạt được sự phát triển chất lượng cao của khoa học và công nghệ ở Trung Quốc.
Thời gian đăng: Tháng 5-17-2023