פרופיל המתכת: גליום

מתכת קטנה המסייעת אורות LED זוהר מוארת

גליום הוא מתכת זעירה קורוזיבית, בצבע כסף, הנמס ליד טמפרטורת החדר, והיא משמשת לעתים קרובות בייצור של תרכובות מוליכים למחצה.

נכסים:

• סמל אטומי:
• מספר אטומי: 31
• אלמנט קטגוריה: מתכת לאחר המעבר
• צפיפות: 5.91 g / cm³ (ב 73 ° F / 23 ° C)
• נקודת התכה: 85.58 ° F (29.76 ° C)
• נקודת רתיחה: 3999 ° F (2204 ° C)
• קשיותו של מוה: 1.5

מאפיינים:

גאליום טהור הוא לבן כסוף ונמס בטמפרטורות מתחת ל 85 ° F (29.4 ° C).

המתכת נשארת במצב מותך עד כמעט 4000 מעלות צלזיוס (2204 מעלות צלסיוס), ומעניקה לה את טווח הנוזלים הגדול ביותר של כל רכיבי המתכת.

גליום הוא אחד רק כמה מתכות מתרחב כפי שהוא מתקרר, הגדלת נפח על ידי רק מעל 3%.

למרות גליום בקלות סגסוגות עם מתכות אחרות, זה מאכל , מתפזרת לתוך הסריג של, ואת היחלשות רוב המתכות. נקודת ההתכה הנמוכה שלה, עם זאת, עושה את זה שימושי סגסוגות נמוכות מסוימים להמיס.

בניגוד כספית , שהוא גם נוזלי בטמפרטורת החדר, גליום רטוב הן עור וזכוכית, מה שהופך אותו קשה יותר להתמודד. גליום אינו כמעט רעיל כמו כספית.

הִיסטוֹרִיָה:

התגלה בשנת 1875 על ידי פול אמיל לקוק דה Boisbaudran בעת בחינת עפרות sphalerite, גליום לא היה בשימוש בכל יישומים מסחריים עד החלק האחרון של המאה ה -20.

גליום הוא שימוש קטן כמו מתכת מבנית, אבל הערך שלה בהרבה מכשירים אלקטרוניים מודרניים לא יכול להיות מאופק.

שימושים מסחריים של גליום פותחו ממחקר ראשוני על דיודות פולטות אור (LED) ו III-V תדר רדיו (RF) טכנולוגיית המוליכים למחצה, אשר החלה בתחילת 1950.

בשנת 1962, מחקר של פיסיקאי IBM JB Gun על גליום ארסניד (GaAs) הוביל לגילוי של תנודה בתדירות גבוהה של זרם חשמלי זורם דרך מוצקים מוליכים למחצה מסוימים - עכשיו ידוע בשם 'אפקט גאן'. פריצת דרך זו סללה את הדרך לגלאים צבאיים מוקדמים להיבנות באמצעות דיודות גאן (הידוע גם בשם התקני אלקטרונים העברה), כי מאז שימשו מכשירים אוטומטיים שונים, מן גלאי רדאר המכונית בקרי אותות לגלאי לחות תוכן אזעקה.

נוריות LED הראשון מבוסס על GaAs הופקו בתחילת 1960 על ידי חוקרים ב RCA, GE, ו- IBM.

בתחילה, LEDs היו מסוגלים לייצר רק גלי אור אינפרא אדום בלתי נראים, הגבלת האורות לחיישנים, ויישומים אלקטרוניים. אבל הפוטנציאל שלהם כמו אנרגיה יעילה מקורות אור קומפקטי היה ניכר.

בתחילת שנות ה -60, החלה טקסס אינסטרומנטס להציע מנורות LED באופן מסחרי. על ידי 1970s, מערכות תצוגה דיגיטליות מוקדמות, המשמשים שעונים ומחשבים מציג, פותחו במהרה באמצעות מערכות תאורה אחורית LED.

מחקר נוסף בשנות השבעים והשמונים הביא טכניקות בתצהיר יעיל יותר, מה שהופך את טכנולוגיית LED אמין יותר וחסכוני. הפיתוח של תרכובות מוליכים למחצה של גליום-אלומיניום (GaAlAs) גרם לנוריות שהיו גבוהות פי עשרה מקודמותיהן, ואילו ספקטרום הצבעים הזמין ל- LED s התפתח גם על בסיס מצעים מוליכים למחצה חדשים, המכילים גליום, כגון אינדיום גליום-ניטריד (InGaN), גליום-ארסניד-פוספיד (GaAsP), וגליום-פוספיד (GAP).

עד סוף 1960s, תכונות מוליך GaAs היו גם נחקר כחלק ממקורות כוח סולארית לחקר החלל. ב -1970, צוות מחקר סובייטי יצר את התאים הסולריים הראשונים של ה- GaAs heterostructure.

קריטיים לייצור של מכשירים אופטיים ומעגלים משולבים (ICs), הביקוש ופלים GaAs הרקיע שחקים בסוף 1990 ותחילת המאה ה -21 בקורלציה עם התפתחות של תקשורת סלולרית וטכנולוגיות אנרגיה חלופית.

באופן לא מפתיע, בתגובה לדרישה הגוברת, בין השנים 2000 ו -2011 הייצור העולמי גליום העיקרי יותר מכפול מ -100 טון מטרי (MT) בשנה מעל 300MT.

הפקה:

תכולת הגליום הממוצעת בקרום כדור הארץ מוערכת בכ -15 חלקים למיליון, בערך דומה לליתיום ולעתים קרובות יותר מאשר עופרת . המתכת, עם זאת, מפוזרים באופן נרחב ונוכחים כמה גופים עפרות מבחינה כלכלית.

ככל 90% של כל גליום העיקרי המיוצר מופק כיום בוקסיט במהלך זיקוק של אלומינה (Al2O3), מבשר אלומיניום .

כמות קטנה של גליום מיוצר כתוצר לוואי של מיצוי אבץ במהלך זיקוק של עפרות sphalerite.

במהלך תהליך באייר של זיקוק עפרות אלומיניום אלומינה, עפרות כתוש נשטף עם פתרון חם של נתרן hydroxide (NaOH). זה ממיר אלומינה נתרן aluminate, אשר מתיישב בטנקים בעוד נתרן hydroxide משקה המכיל כעת גליום נאסף לשימוש חוזר.

בגלל זה משקה חריף, התוכן גליום עולה לאחר כל מחזור עד שהוא מגיע לרמה של כ 100-125ppm. תערובת אז ניתן לקחת מרוכזים כמו גליל באמצעות מיצוי ממס באמצעות סוכני chelating אורגני.

ב אמבט אלקטרוליטי בטמפרטורות של 104-140 מעלות צלזיוס (40-60 מעלות צלזיוס), נתרן gallate מומרת גליום טמא. לאחר שטיפת חומצה, זה יכול להיות מסוננים דרך קרמיקה נקבובי או צלחות זכוכית כדי ליצור 99.9-99.99% גליום מתכת.

99.99% הוא ציון מבשר סטנדרטי עבור יישומי GaAs, אבל משתמש חדש דורש purities גבוה יותר כי ניתן להשיג על ידי חימום המתכת תחת ואקום כדי להסיר אלמנטים נדיפים או טיהור אלקטרוכימי ושיטות התגבשות השבר.

במהלך העשור האחרון, חלק גדול של גליום הייצור העיקרי בעולם עבר לסין אשר מספק כעת כ -70% של גליום בעולם. אחרים מייצרים מדינות עיקריות כוללות אוקראינה וקזחסטן.

כ -30% מכלל הייצור גליום השנתי מופק מחומרי גלם למחזור כגון GaAs המכילים ופלים IC. רוב מיחזור גליום מתרחשת ביפן, בצפון אמריקה ובאירופה.

סקר הגיאולוגי האמריקני מעריך כי 310MT של גליום מזוקק הופק בשנת 2011.

המפיקים הגדולים בעולם כוללים Zhuhai Fangyuan, בייג 'ין Jiya חומרים מוליכים למחצה, ו Recapture מתכות בע"מ

יישומים:

כאשר גליום alloyed נוטה קורוז או לעשות מתכות כמו שביר פלדה . תכונה זו, יחד עם טמפרטורת ההתכה הנמוכה ביותר שלה, פירושה גליום הוא שימוש מועט של יישומים מבניים.

בצורת המתכת שלה, גליום משמש ב הלחמה וסגסוגות נמוכות נמוכות, כגון Galinstan ®, אבל זה נמצא לרוב בחומרים מוליכים למחצה.

היישומים העיקריים של גליום יכולים להיות מסווגים לחמש קבוצות:

1. מוליכים למחצה: חשבונאות עבור כ -70% הצריכה גליום השנתי, ופלים GaAs הם עמוד השדרה של מכשירים אלקטרוניים מודרניים רבים, כגון טלפונים חכמים והתקני תקשורת אלחוטית אחרים המסתמכים על חיסכון בחשמל ואת יכולת הגברה של מעגלים משולבים ICS.

2. דיודות פולטות אור (LED): מאז 2010, הביקוש העולמי עבור גליום מן המגזר LED יש להכפיל, בשל השימוש של נוריות בהירות גבוהה במסכים לתצוגה מסך שטוח נייד. המהלך הגלובלי לעבר יעילות אנרגיה רבה יותר הוביל גם תמיכה ממשלתית לשימוש של תאורת LED מעל ליבון תאורת פלורסנט קומפקטית.

3. אנרגיה סולארית: השימוש של גליום ביישומים אנרגיה סולארית מתמקדת בשתי טכנולוגיות:

• תאים סולאריים של GaAs
• קדמיום-אינדיום-גליום-סלניד (סיגריות) תאים סרט סולריים דק

כמו תאים פוטו-וולטאיים יעילים ביותר, שתי הטכנולוגיות היו הצלחה ביישומים מיוחדים, הקשורים בעיקר וחלל וחלל אך עדיין מחסומים בפני שימוש מסחרי בקנה מידה גדול.

4. חומרים מגנטיים: חוזק גבוה, מגנטים קבועים הם מרכיב מרכזי של מחשבים, מכוניות היברידיות, טורבינות רוח שונים שונים ציוד אלקטרוני ואוטומטי. תוספות קטנות של גליום משמשות בכמה מגנטים קבועים, כולל מגנטים של ניאודימיום - בורון (NdFeB).

5. יישומים נוספים:

• סגסוגות מיוחדות ו הלחמה
• הרטבת מראות
• עם פלוטוניום כמייצב גרעיני
• ניקל - מנגן - גליום סגסוגת זיכרון צורה
• זיקוק נפט
• יישומים ביו-רפואיים, כולל תרופות (גליום ניטראט)
• פוספורים
• זיהוי נייטרינו

_{מקורות:}

_{סופטפדיה. היסטוריה של נוריות (דיודות פולטות אור).}

_{מקור: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html}

_{אנתוני ג'ון דאונס, (1993), "כימיה של אלומיניום, גליום, אינדיום ותליום". ספרינגר, ISBN 978-0-7514-0103-5}

_{Barratt, קרטיס א "III-V סמיקונדקטורס, היסטוריה יישומי RF." מעבר ECS . 2009, כרך 19, גליון 3, עמ '79-84.}

_{שוברט, א. פרד. דיודות פולטות אור . המכון הפוליטכני רנסלאר, ניו יורק. מאי 2003.}

_{USGS. סיכומי סחורות מינרליים: גליום.}

_{מקור: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html}

_{דוח SM. לפי מוצר מתכות: אלומיניום גליום יחסים .}

_{כתובת אתר: www.strategic-metal.typepad.com}