Մետաղական Տերմինատոր – Գալիում

Կա մի տեսակ մետաղ, որը շատ կախարդական է։ Առօրյա կյանքում այն ​​հայտնվում է հեղուկ տեսքով, ինչպես սնդիկը: Եթե ​​այն գցեք պահածոյի վրա, կզարմանաք՝ տեսնելով, որ շիշը դառնում է թղթի պես փխրուն, և այն կկոտրվի միայն մի ծակոցով: Բացի այդ, այն մետաղների վրա գցելը, ինչպիսիք են պղնձը և երկաթը, նույնպես առաջացնում է այս իրավիճակը, որը կարելի է անվանել «մետաղական տերմինատոր»: Ինչո՞վ է պայմանավորված այն նման հատկանիշներով: Այսօր մենք կմտնենք մետաղական գալիումի աշխարհ։

1, Ինչ է տարրըգալիումի մետաղ

Գալիումի տարրը տարրերի պարբերական աղյուսակի չորրորդ շրջանի IIIA խմբում է։ Մաքուր գալիումի հալման կետը շատ ցածր է՝ ընդամենը 29,78 ℃, բայց եռման կետը բարձր է մինչև 2204,8 ℃։ Ամռանը դրա մեծ մասը գոյություն ունի որպես հեղուկ և կարող է հալվել ափի մեջ դնելիս: Վերոնշյալ հատկություններից մենք կարող ենք հասկանալ, որ գալիումը կարող է կոռոզիայի ենթարկել այլ մետաղներ հենց իր ցածր հալման կետի պատճառով: Հեղուկ գալիումը համաձուլվածքներ է առաջացնում այլ մետաղների հետ, ինչը նախկինում հիշատակված կախարդական երևույթն է։ Նրա պարունակությունը երկրակեղևում կազմում է ընդամենը մոտ 0,001%, և դրա գոյությունը հայտնաբերվել է միայն 140 տարի առաջ: 1871 թվականին ռուս քիմիկոս Մենդելեևը ամփոփեց տարրերի պարբերական աղյուսակը և կանխատեսեց, որ ցինկից հետո ալյումինի տակ կա նաև մի տարր, որն ունի ալյումինի նման հատկություններ և կոչվում է «ալյումինի նման տարր»։ 1875 թվականին, երբ ֆրանսիացի գիտնական Բովաբորդլենդը ուսումնասիրում էր նույն ընտանիքի մետաղական տարրերի սպեկտրային գծերի օրենքները, նա գտավ սֆալերիտի (ZnS) տարօրինակ լուսային գոտի, ուստի գտավ այս «ալյումինի նման տարրը» և այն անվանեց իր հայրենիքի անունով։ Ֆրանսիա (Գալիա, լատիներեն Գալիա), Ga խորհրդանիշով, որը ներկայացնում է այս տարրը, ուստի գալիումը դարձավ առաջին տարրը, որը կանխատեսվել էր քիմիական տարրերի հայտնաբերման պատմության մեջ, այնուհետև հայտնաբերվել հաստատված տարրը փորձերում:

Գալիումը հիմնականում տարածված է Չինաստանում, Գերմանիայում, Ֆրանսիայում, Ավստրալիայում, Ղազախստանում և աշխարհի այլ երկրներում, որոնցից Չինաստանի գալիումի պաշարները կազմում են աշխարհի ընդհանուր պաշարների ավելի քան 95%-ը, որոնք հիմնականում բաշխված են Շանսիում, Գույչժոուում, Յունանում, Հենանում, Գուանսիում։ և այլ վայրեր [1]։ Տարածման տեսակով Շանսին, Շանդունը և այլ վայրերը հիմնականում առկա են բոքսիտում, Յունանը և այլ վայրեր՝ անագի հանքաքարում, իսկ Հունանը և այլ վայրեր՝ հիմնականում սֆալերիտում։ Գալիումի մետաղի հայտնաբերման սկզբում, դրա կիրառման վերաբերյալ համապատասխան հետազոտությունների բացակայության պատճառով, մարդիկ միշտ հավատացել են, որ այն ցածր օգտագործելիություն ունեցող մետաղ է։ Այնուամենայնիվ, տեղեկատվական տեխնոլոգիաների շարունակական զարգացման և նոր էներգիայի և բարձր տեխնոլոգիաների դարաշրջանի հետ միասին գալիումի մետաղը ուշադրության է արժանացել որպես տեղեկատվական դաշտի կարևոր նյութ, և դրա պահանջարկը նույնպես մեծապես աճել է:

2, Մետաղական գալիումի կիրառման դաշտերը

1. Կիսահաղորդչային դաշտ

Գալիումը հիմնականում օգտագործվում է կիսահաղորդչային նյութերի ոլորտում, ընդ որում՝ գալիումի արսենիդը (GaAs) նյութը ամենաշատ օգտագործվողն է, իսկ տեխնոլոգիան՝ ամենահասունը։ Որպես տեղեկատվության տարածման կրող՝ կիսահաղորդչային նյութերը կազմում են գալիումի ընդհանուր սպառման 80%-ից 85%-ը, որը հիմնականում օգտագործվում է անլար կապի մեջ։ Գալիումի արսենիդի ուժային ուժեղացուցիչները կարող են մեծացնել կապի փոխանցման արագությունը 100 անգամ ավելի, քան 4G ցանցերը, ինչը կարող է կարևոր դեր խաղալ 5G դարաշրջան մտնելու գործում: Ավելին, գալիումը կարող է օգտագործվել որպես ջերմության ցրման միջոց կիսահաղորդչային կիրառություններում՝ շնորհիվ իր ջերմային բնութագրերի, ցածր հալման կետի, բարձր ջերմային հաղորդունակության և լավ հոսքի կատարման: Գալիումի մետաղի կիրառումը ջերմային միջերեսային նյութերում գալլիումի վրա հիմնված համաձուլվածքի տեսքով կարող է բարելավել էլեկտրոնային բաղադրիչների ջերմության ցրման ունակությունը և արդյունավետությունը:

2. Արեգակնային բջիջներ

Արեգակնային մարտկոցների զարգացումը վաղ միաբյուրեղ սիլիցիումային արևային բջիջներից անցել է պոլիբյուրեղային սիլիցիումի բարակ թաղանթային բջիջների: Բազմաբյուրեղ սիլիցիումի բարակ թաղանթային բջիջների բարձր արժեքի պատճառով հետազոտողները կիսահաղորդչային նյութերում հայտնաբերել են պղնձի ինդիումի գալիում սելենի բարակ թաղանթ (CIGS) բջիջներ [3]: CIGS բջիջներն ունեն արտադրության ցածր ծախսերի, մեծ խմբաքանակի արտադրության և ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման բարձր արագության առավելությունները, այդպիսով ունենալով զարգացման լայն հեռանկարներ: Երկրորդ, գալիումի արսենիդային արևային մարտկոցները զգալի առավելություններ ունեն փոխակերպման արդյունավետության մեջ՝ համեմատած այլ նյութերից պատրաստված բարակ թաղանթային բջիջների հետ: Այնուամենայնիվ, գալիումի արսենիդային նյութերի արտադրության բարձր արժեքի պատճառով դրանք ներկայումս հիմնականում օգտագործվում են օդատիեզերական և ռազմական ոլորտներում:

3. Ջրածնի էներգիա

Ամբողջ աշխարհում էներգետիկ ճգնաժամի մասին տեղեկացվածության աճով մարդիկ ձգտում են փոխարինել ոչ վերականգնվող էներգիայի աղբյուրները, որոնցից առանձնանում է ջրածնի էներգիան: Այնուամենայնիվ, ջրածնի պահեստավորման և տեղափոխման բարձր արժեքը և ցածր անվտանգությունը խոչընդոտում են այս տեխնոլոգիայի զարգացմանը: Որպես ընդերքի ամենաառատ մետաղական տարր՝ ալյումինը կարող է փոխազդել ջրի հետ՝ որոշակի պայմաններում առաջացնելով ջրածին, որը իդեալական ջրածնի պահեստավորման նյութ է, սակայն մետաղի ալյումինի մակերեսի հեշտ օքսիդացման շնորհիվ ալյումինի օքսիդի խիտ թաղանթ ձևավորվել է։ , որն արգելակում է ռեակցիան, հետազոտողները պարզել են, որ ցածր հալման կետով մետաղական գալիումը կարող է ալյումինի հետ համաձուլվածք ձևավորել, իսկ գալիումը կարող է լուծարել մակերեսի ալյումինը։ օքսիդի ծածկույթ, որը թույլ է տալիս ռեակցիան շարունակել [4], և մետաղական գալիումը կարող է վերամշակվել և նորից օգտագործվել։ Ալյումինե գալիումի համաձուլվածքի նյութերի օգտագործումը մեծապես լուծում է ջրածնի էներգիայի արագ պատրաստման և անվտանգ պահպանման և փոխադրման խնդիրը, բարելավելով անվտանգությունը, տնտեսությունը և շրջակա միջավայրի պահպանությունը:

4. Բժշկական ոլորտ

Գալիումը սովորաբար օգտագործվում է բժշկության մեջ՝ շնորհիվ իր յուրահատուկ ճառագայթային հատկությունների, որոնք կարող են օգտագործվել պատկերազարդման և չարորակ ուռուցքների արգելակման համար։ Գալիումի միացություններն ունեն ակնհայտ հակասնկային և հակաբակտերիալ գործունեություն և, ի վերջո, հասնում են մանրէազերծման՝ միջամտելով բակտերիալ նյութափոխանակությանը: Իսկ գալիումի համաձուլվածքները կարող են օգտագործվել ջերմաչափեր պատրաստելու համար, ինչպիսիք են գալիումի ինդիումի անագ ջերմաչափերը, հեղուկ մետաղի նոր տեսակ, որն անվտանգ է, ոչ թունավոր և էկոլոգիապես մաքուր, և կարող է օգտագործվել թունավոր սնդիկի ջերմաչափերը փոխարինելու համար: Բացի այդ, գալիումի վրա հիմնված համաձուլվածքի որոշակի մասը փոխարինում է ավանդական արծաթե ամալգամին և օգտագործվում է կլինիկական կիրառություններում՝ որպես ատամնաբուժական լցոնման նոր նյութ:

3, Outlook

Չնայած Չինաստանը գալիումի հիմնական արտադրողներից մեկն է աշխարհում, սակայն Չինաստանի գալիումի արդյունաբերության մեջ դեռ շատ խնդիրներ կան։ Գալիումի ցածր պարունակության պատճառով՝ որպես ուղեկից միներալ, գալիումի արտադրության ձեռնարկությունները ցրված են, իսկ արդյունաբերական շղթայում կան թույլ օղակներ։ Հանքարդյունաբերության գործընթացն ունի շրջակա միջավայրի լուրջ աղտոտում, և բարձր մաքրության գալիումի արտադրական հզորությունը համեմատաբար թույլ է, հիմնականում հիմնված է ցածր գներով կոպիտ գալիումի արտահանման և բարձր գներով զտված գալիումի ներմուծման վրա: Սակայն գիտության և տեխնիկայի զարգացման, մարդկանց կենսամակարդակի բարելավման և տեղեկատվության և էներգետիկայի ոլորտներում գալիումի լայն կիրառման հետ մեկտեղ արագորեն կաճի նաև գալիումի պահանջարկը։ Բարձր մաքրության գալիումի արտադրության համեմատաբար հետամնաց տեխնոլոգիան անխուսափելիորեն սահմանափակումներ կունենա Չինաստանի արդյունաբերական զարգացման վրա: Նոր տեխնոլոգիաների զարգացումը մեծ նշանակություն ունի Չինաստանում գիտության և տեխնոլոգիայի բարձրորակ զարգացման հասնելու համար։