Có một loại kim loại rất kỳ diệu.Trong đời sống hằng ngày, nó xuất hiện ở dạng lỏng như thủy ngân.Nếu bạn thả nó vào một cái lon, bạn sẽ ngạc nhiên khi thấy cái chai trở nên mỏng manh như tờ giấy, và chỉ cần một cú chọc là nó sẽ vỡ.Ngoài ra, việc thả nó vào các kim loại như đồng, sắt cũng gây ra tình trạng này, có thể gọi là “thiết bị đầu cuối kim loại”.Nguyên nhân nào khiến nó có những đặc điểm như vậy?Hôm nay chúng ta sẽ bước vào thế giới của gali kim loại.
1, Yếu tố nào làgali kim loại
Nguyên tố gali nằm ở chu kỳ thứ tư nhóm IIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố.Điểm nóng chảy của gali nguyên chất rất thấp, chỉ 29,78oC, nhưng nhiệt độ sôi cao tới 2204,8oC.Vào mùa hè, phần lớn nó tồn tại dưới dạng chất lỏng và có thể tan chảy khi đặt vào lòng bàn tay.Từ những đặc tính trên, chúng ta có thể hiểu rằng gali có thể ăn mòn các kim loại khác một cách chính xác vì nó có nhiệt độ nóng chảy thấp.Gallium lỏng tạo thành hợp kim với các kim loại khác, đó là hiện tượng kỳ diệu đã đề cập trước đó.Hàm lượng của nó trong lớp vỏ Trái đất chỉ khoảng 0,001% và sự tồn tại của nó chỉ được phát hiện cách đây 140 năm.Năm 1871, nhà hóa học người Nga Mendeleev đã tóm tắt bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và dự đoán rằng sau kẽm còn có một nguyên tố khác xếp sau nhôm, có tính chất tương tự nhôm và được gọi là “nguyên tố giống nhôm”.Năm 1875, khi nhà khoa học người Pháp Bowabordland đang nghiên cứu định luật quang phổ của các nguyên tố kim loại cùng họ, ông đã tìm thấy một dải ánh sáng kỳ lạ trong sphalerite (ZnS), vì vậy ông đã tìm ra “nguyên tố giống nhôm” này, và sau đó đặt tên nó theo tên quê hương của ông. Pháp (Gaul, Latin Gallia), với ký hiệu Ga đại diện cho nguyên tố này nên gali trở thành nguyên tố đầu tiên được dự đoán trong lịch sử khám phá nguyên tố hóa học, sau đó tìm ra nguyên tố được xác nhận trong các thí nghiệm.
Gallium chủ yếu phân bố ở Trung Quốc, Đức, Pháp, Úc, Kazakhstan và các nước khác trên thế giới, trong đó trữ lượng tài nguyên gali của Trung Quốc chiếm hơn 95% tổng trữ lượng của thế giới, phân bố chủ yếu ở Sơn Tây, Quý Châu, Vân Nam, Hà Nam, Quảng Tây và những nơi khác [1].Về loại hình phân bố, Sơn Tây, Sơn Đông và những nơi khác chủ yếu tồn tại ở bauxite, Vân Nam và những nơi khác ở quặng thiếc, còn Hồ Nam và những nơi khác chủ yếu tồn tại ở sphalerit.Khi bắt đầu phát hiện ra kim loại gali, do chưa có nghiên cứu tương ứng về ứng dụng của nó nên mọi người luôn tin rằng đây là kim loại có khả năng sử dụng thấp.Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin và kỷ nguyên năng lượng mới và công nghệ cao, kim loại gali đã nhận được sự chú ý như một vật liệu quan trọng trong lĩnh vực thông tin và nhu cầu của nó cũng tăng lên rất nhiều.
2, Lĩnh vực ứng dụng của Gallium kim loại
1. Lĩnh vực bán dẫn
Gallium chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn, trong đó vật liệu gallium arsenide (GaAs) được sử dụng rộng rãi nhất và công nghệ này là trưởng thành nhất.Là chất mang thông tin phổ biến, vật liệu bán dẫn chiếm 80% đến 85% tổng lượng tiêu thụ gali, chủ yếu được sử dụng trong truyền thông không dây.Bộ khuếch đại công suất Gallium arsenide có thể tăng tốc độ truyền liên lạc lên 100 lần so với mạng 4G, điều này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc bước vào kỷ nguyên 5G.Hơn nữa, gali có thể được sử dụng làm 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.Ứng dụng kim loại gali dưới dạng hợp kim gốc gali trong vật liệu giao diện nhiệt có thể cải thiện khả năng và hiệu quả tản nhiệt của các linh kiện điện tử.
2. Pin mặt trời
Sự phát triển của pin mặt trời đã đi từ pin mặt trời silicon đơn tinh thể ban đầu sang pin mặt trời silicon đa tinh thể.Do chi phí cao của tế bào màng mỏng silicon đa tinh thể, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tế bào màng mỏng đồng indium gallium selen (CIGS) trong vật liệu bán dẫn [3].Tế bào CIGS có ưu điểm là chi phí sản xuất thấp, sản xuất hàng loạt lớn và tốc độ chuyển đổi quang điện cao, do đó có triển vọng phát triển rộng rãi.Thứ hai, pin mặt trời gali arsenide có lợi thế đáng kể về hiệu suất chuyển đổi so với pin màng mỏng làm bằng vật liệu khác.Tuy nhiên, do chi phí sản xuất vật liệu gali arsenide cao nên hiện nay chúng chủ yếu được sử dụng trong 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, con người đang tìm cách thay thế các nguồn năng lượng không tái tạo, trong đó nổi bật là năng lượng hydro.Tuy nhiên, chi phí cao và độ an toàn thấp của việc lưu trữ và vận chuyển hydro cản trở sự phát triển của công nghệ này.Là nguyên tố kim loại có nhiều nhất trong lớp vỏ, nhôm có thể phản ứng với nước để tạo ra hydro trong một số điều kiện nhất định, đây là vật liệu lưu trữ hydro lý tưởng. Tuy nhiên, do bề mặt nhôm kim loại dễ bị oxy hóa để tạo thành màng oxit nhôm dày đặc. , chất ức chế phản ứng, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng gali kim loại có điểm nóng chảy thấp có thể tạo thành hợp kim với nhôm và gali có thể hòa tan lớp phủ oxit nhôm bề mặt, cho phép phản ứng tiếp tục [4] và gali kim loại có thể được tái chế và tái sử dụng .Việc sử dụng vật liệu hợp kim nhôm gali giải quyết rất nhiều vấn đề chuẩn bị nhanh chóng, lưu trữ và vận chuyển năng lượng hydro an toàn, cải thiện độ 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 đặc tính 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 gali có hoạt tính kháng nấm và kháng khuẩn rõ ràng và cuối cùng đạt được hiệu quả khử trùng bằng cách can thiệp vào quá trình trao đổi chất của vi khuẩn.Và hợp kim gali có thể được sử dụng để chế tạo nhiệt kế, chẳng hạn như nhiệt kế thiếc gali indi, một loại hợp kim kim loại lỏng mới an toàn, không độc hại và thân thiện với môi trường, có thể dùng để thay thế nhiệt kế thủy ngân độc hại.Ngoài ra, một tỷ lệ nhất định hợp kim gốc gali thay thế hỗn hống bạc truyền thống và được sử dụng trong các ứng dụng lâm sàng như một vật liệu trám răng mới.
3, Triển vọng
Mặc dù Trung Quốc là một trong những nước sản xuất gali chính trên thế giới nhưng ngành công nghiệp gali của Trung Quốc vẫn còn nhiều vấn đề.Do hàm lượng gali làm khoáng chất đồng hành thấp nên các doanh nghiệp sản xuất gali nằm rải rác và có các mắt xích yếu trong chuỗi công nghiệp.Quá trình khai thác gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, năng lực sản xuất gali có độ tinh khiết cao tương đối yếu, chủ yếu dựa vào xuất khẩu gali thô với giá thấp và nhập khẩu gali tinh chế với giá cao.Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, mức sống của người dân được cải thiện và ứng dụng rộng rãi của gali trong lĩnh vực thông tin và năng lượng, nhu cầu về gali cũng sẽ tăng nhanh.Công nghệ sản xuất gali có độ tinh khiết cao tương đối lạc hậu chắc chắn sẽ gây ra những hạn chế đối với sự phát triển công nghiệp của Trung Quốc.Phát triển công nghệ mới có ý nghĩa to lớn để đạt được sự phát triển chất lượng cao về khoa học và công nghệ ở Trung Quốc.
Thời gian đăng: 17-05-2023