Metal Profil: Galyum

Galyum, oda sıcaklığında eriyen ve çoğunlukla yarı iletken bileşiklerin üretiminde kullanılan, aşındırıcı, gümüş renkli küçük metaldir.

Özellikleri:

• Atomik Sembol: Ga
• Atom Numarası: 31
• Element Kategorisi: Geçiş sonrası metal
• Yoğunluk: 5. 91 g / cm³ (73 ° F / 23 ° C'de)
• Kaynama Noktası: 3999 ° F (2204 ° C)
• Moh's Sertliği: 1. 5

Özellikleri:

Saf galyum gümüşümsü beyazdır ve 85 ° F (29 ° C) altındaki sıcaklıklarda erir.

Metal, yaklaşık olarak 4000 ° F (220 ° C) sıcaklığa kadar erimiş halde kalır ve bu sayede tüm metal elementlerin en geniş sıvı aralığını elde eder.

Galyum, soğurken genişleyen ve% 3'ün biraz üzerinde hacim artan sadece birkaç metalden biridir.

Galyum diğer metallerle kolayca alaşımlı olmasına rağmen, çoğu metali aşındırıcıdır, kafes içine yayılır ve zayıflatır. Bununla birlikte, düşük erime noktaları, bazı düşük erime noktalı alaşımlarda faydalı olmaktadır.

Oda sıcaklığında da sıvı olan cıva aksine, galyum hem cildi hem de camı ıslatır, bu da işlemenin daha zor olmasını sağlar. Oysa galyum civa kadar toksik değildir.

Tarihçe:

Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran tarafından 1875 yılında sfalerit cevherlerini inceleyerek keşfedilen galyum, 20. yüzyılın sonuna kadar ticari uygulamalarda kullanılmadı.

Gallium, yapısal bir metal olarak az kullanılır, ancak birçok modern elektronik cihazdaki değeri azdır.

1950'lerin başında başlayan, ışık yayan diyotlar (LED) ve III-V radyo frekansı (RF) yarıiletken teknolojisine ilişkin ilk araştırmadan sonra galyumun ticari kullanımları geliştirildi.

1962'de, IBM fizikçi J. B. Gunn'un galyum arsenür (GaAs) üzerine yaptığı araştırmalar, şu an "Gunn Etkisi" olarak bilinen bazı yarı iletken katılar yoluyla akan elektrik akımının yüksek frekanslı salınımının keşfedilmesine yol açtı.

Bu buluş, o zamandan beri otomobil radar dedektörleri ve sinyal denetleyicilerinden nem içeriği dedektörlerine ve hırsız alarmlarına kadar çeşitli otomatik cihazlarda kullanılan Gunn diyotları (ayrıca aktarım elektron cihazları) kullanılarak kurulacak erken askeri dedektörlerin yolunu açtı. .

GaAs'a dayanan ilk LED'ler ve lazerler 1960'ların başında RCA, GE ve IBM'deki araştırmacılar tarafından üretildi.

Başlangıçta, LED'ler yalnızca görünmez kızılötesi ışık dalgaları üretebilir, ışıkları sensöre sınırlar ve foto-elektronik uygulamalarını gerçekleştirebilirlerdi. Ancak, enerji açısından verimli kompakt ışık kaynakları olarak potansiyelleri belirgindi.

1960'lı yılların başında, Texas Instruments ticari olarak LED'ler sunmaya başladı. 1970'lerde, saatler ve hesap makinesi ekranlarında kullanılan erken dijital görüntüleme sistemleri yakında LED arka aydınlatma sistemleri kullanılarak geliştirildi.

1970'li ve 1980'li yıllardaki daha fazla araştırma, LED teknolojisi daha güvenilir ve uygun maliyetli hale getiren daha etkili yerleştirme teknikleriyle sonuçlandı. Galyum-alüminyum-arsenik (GaAlAs) yarı iletken bileşiklerin gelişimi LED'lerin önceki değerlerin on kat daha parlak olmasına neden olurken, LED'ler için mevcut olan renk spektrumu da yeni, galyum içeren yarı iletken alt tabakalara dayalı olarak gelişmiş; galyum-nitrid (InGaN), galyum-arsenit-fosfit (GaAsP) ve galyum-fosfit (GaP).

1960'ların sonlarına doğru, GaAs iletkenlik özellikleri de uzay araştırması için güneş enerjisi kaynaklarının bir parçası olarak araştırılıyordu. 1970 yılında, bir Sovyet araştırma ekibi ilk GaAs heterohistralı güneş pillerini yarattı.

Optoelektronik cihazların ve entegre devrelerin (IC'lerin) imalatında kritik öneme sahip olan GaAs levhaları için 1990'ların sonlarında ve 21. yüzyılın başında mobil iletişim ve alternatif enerji teknolojilerinin geliştirilmesi ile ilgili talep arttı.

Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu artan talebe yanıt olarak, 2000 ile 2011 yılları arasında, dünya genelinde birincil galyum üretimi, yılda yaklaşık 100 metrik tondan (MT) iki katına çıktı ve 300MT'yi aştı.

Üretim:

Dünyadaki kabuğun ortalama galyum içeriği milyonda yaklaşık 15 parça, yaklaşık olarak lityuma benzer ve kurşundan daha yaygın olarak tahmin edilmektedir.

Bununla birlikte, metal ekonomik açıdan az miktarda ekstrakte edilebilir cevher bacalarında yaygın olarak bulunur ve bulunur.

Üretilen tüm primer galyumun% 90'ı, alüminyumun öncülüğü olan alümin (Al2O3) rafine edilmesi sırasında halen boksitten ekstrakte edilmektedir. Az miktarda galyum, sfalerit cevherinin rafine edilmesi sırasında çinko ekstraksiyonunun bir yan ürünü olarak üretilir.

Alümina cevherinin arıtılması sürecinde, ezilmiş cevher sıcak bir sodyum hidroksit (NaOH) solüsyonu ile yıkanır. Bu, alumina'yı sodyum alüminat'a dönüştürür ve sodyum alüminat, şimdi de galyum içeren sodyum hidroksit likörü tekrar kullanılmak üzere toplanırken depolarına yerleşir.

Bu likör geri dönüşümlü olduğu için, galyum içeriği her devirden sonra yaklaşık 100-125 ppm aralığına ulaşana kadar artar. Karışım daha sonra organik kenetleme maddeleri kullanılarak çözücü ekstraksiyonu ile galat olarak alınabilir ve konsantre edilebilir.

104-140 ° F (40-60 ° C) sıcaklıktaki elektrolitik bir banyoda, sodyum galleat saf olmayan galyuma dönüştürülür. Asitle yıkandıktan sonra gözenekli seramik veya cam plakalar vasıtasıyla filtre edilerek 99.9-99 elde edilebilir. % 99 galyum metal.

99. % 99 GaAs uygulamaları için standart prekürsör sınıfıdır, ancak yeni kullanımlar uçucu elementleri veya elektrokimyasal saflaştırma ve fraksiyonel kristalleştirme yöntemlerini kaldırmak için metali vakum altında ısıtmak suretiyle elde edilebilen daha yüksek saflıkları gerektirir.

Son on yılda, dünyanın önde gelen galyum üretiminin büyük kısmı şimdi dünya galyumunun yaklaşık% 70'ini tedarik eden Çin'e taşındı. Diğer başlıca üretilen ülkeler Ukrayna ve Kazakistan'dır.

Yıllık galyum üretiminin yaklaşık% 30'u, GaAs içeren IC gofretleri gibi hurda ve geri dönüşümlü malzemelerden çıkarılır.Çoğu galyum geri dönüşümü Japonya, Kuzey Amerika ve Avrupa'da gerçekleşir.

ABD Jeolojik Araştırması, 2011 yılında 310MT rafine edilmiş galyum üretildiğini tahmin ediyor.

Dünyanın en büyük üreticileri arasında Zhuhai Fangyuan, Pekin Jiya Yarıiletken Malzemeleri ve Recapture Metals Ltd.

Uygulamalar:

Alüminyum galyum korozyona ya da çelik kırılgan gibi metaller oluşturma eğilimi gösterir. Bu özellik, son derece düşük erime sıcaklığına sahip olması, yapısal uygulamalarda galyumun çok az kullanılması anlamına gelmektedir.

Metalik formda galyum, Galinstan® gibi lehimler ve düşük erime alaşımlarında kullanılır, ancak çoğunlukla yarı iletken malzemelerde bulunur.

Galyum'un ana uygulamaları 5 gruba ayrılabilir:

1. Yarıiletkenler: Yıllık galyum tüketiminin yaklaşık% 70'ini oluşturan GaAs gofretler, akıllı telefonlar ve GaAs IC'lerin güç tasarrufu ve güçlendirme yeteneğine dayanan diğer kablosuz iletişim cihazları gibi birçok modern elektronik cihazın belkemiğini oluştururlar.

2. Işık Yayan Diyotlar (LED'ler): 2010 yılından beri, LED sektöründeki global galyum talebi, mobil ve düz ekranlı ekranlarda yüksek parlaklıktaki LED'lerin kullanılması nedeniyle iki kat arttı. Daha fazla enerji verimliliğine doğru küresel hareket, aynı zamanda, akkor ampul ve kompakt flüoresan aydınlatma üzerinde LED aydınlatmanın kullanımı için devlet desteğine yol açtı.

3. Güneş enerjisi: Galyum'un güneş enerjisi uygulamalarında kullanımı iki teknolojiye odaklanmıştır:

GaAs konsantratörlü güneş pilleri

• Kadmiyum-indiyum-galyum selenür (CIGS) ince filmli güneş pilleri
• Yüksek verimli fotovoltaik hücreler olarak her iki teknoloji özellikle havacılık ve askeri alanda uzmanlaşmış uygulamalarda başarı elde ettiler, ancak yine de büyük ölçekli ticari kullanım için engellerle karşı karşıya kaldılar.

4. Manyetik malzemeler: Yüksek mukavemetli, daimi mıknatıslar, bilgisayarların, hibrid otomobillerin, rüzgar türbinlerinin ve diğer çeşitli elektronik ve otomatik ekipmanların anahtar bileşenidir. Neodimiyum-demir-bor (NdFeB) mıknatıslar da dahil olmak üzere, bazı kalıcı mıknatıslarda galyumun küçük eklemeleri kullanılır.

5. Diğer uygulamalar:

Özel alaşımlar ve lehimler

• Islatmalı aynalar
• Plutonyum nükleer dengeleyici olarak
• Nikel-manganez-galyum şeklindeki bellek alaşımı
• Petrol katalizörü
• Farmasötik maddeler de dahil olmak üzere biyomedikal uygulamalar (galyum nitrat)
• Fosforlar
• Nötrino algılama
• Kaynaklar:

_{Softpedia. LED'lerin Tarihi (Işık Yayan Diyotlar).}

_{Kaynak: // web. Arşiv. org / web / 20130325193932 / // gadget'ları. Softpedia. com / haber / Tarih-of-the LED'ler-Işık Yayan-Diyot-1487-01. html}

_{Anthony John Downs, (1993), "Alüminyum, Galyum, İndiyum ve Talyumun Kimyası". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5}

_{Barratt, Curtis A. "III-V Yarıiletkenler, RF Uygulamaları Tarihçesi".}

_{ECS Trans . 2009, Cilt 19, Sayı 3, Sayfalar 79-84. Schubert, E. Fred.}

_{Işık Yayan Diyotlar . Rensselaer Politeknik Enstitüsü, New York. Mayıs 2003. USGS. Mineral Mal Özetler: Galyum.}

_{Kaynak: // mineraller. usgs. gov / mineraller / pub / emtia / galyum / index. html}

_{SM Raporu.}

_{Yan Ürün Metaller: Alüminyum-Galyum İlişkisi . URL: www. stratejik metal. typepad. com}