Hai un tipo de metal que é moi máxico. Na vida cotiá, aparece en forma líquida como o mercurio. Se o deixas caer sobre unha lata, sorprenderaste ao descubrir que a botella se volve tan fráxil como o papel e romperase cun só golpe. Ademais, deixalo caer sobre metais como o cobre e o ferro tamén provoca esta situación, que se pode chamar o "terminador de metales". Que lle provoca tales características? Hoxe afondaremos no mundo do metal galio.
1. Cal é o elementogalio metálico
O elemento galio atópase no cuarto período IIIA da táboa periódica dos elementos. O punto de fusión do galio puro é moi baixo, só 29,78 ℃, pero o punto de ebulición alcanza os 2204,8 ℃. No verán, a maior parte existe en estado líquido e pódese fundir cando se coloca na palma da man. A partir das propiedades anteriores, podemos entender que o galio pode corroer outros metais precisamente debido ao seu baixo punto de fusión. O galio líquido forma aliaxes con outros metais, o que supón o fenómeno máxico mencionado anteriormente. O seu contido na codia terrestre é só dun 0,001 % aproximadamente, e a súa existencia non se descubriu ata hai 140 anos. En 1871, o químico ruso Mendeleev resumiu a táboa periódica dos elementos e predixo que despois do zinc, tamén hai un elemento por debaixo do aluminio, que ten propiedades similares ao aluminio e que se denomina "elemento similar ao aluminio". En 1875, cando o científico francés Bowabordland estaba a estudar as leis das liñas espectrais dos elementos metálicos da mesma familia, atopou unha estraña banda de luz na esfalerita (ZnS), polo que descubriu este "elemento semellante ao aluminio", e logo chamouno pola súa terra natal, Francia (Galia, latín Gallia), co símbolo Ga para representar este elemento, polo que o galio converteuse no primeiro elemento predito na historia do descubrimento de elementos químicos, e logo atopou o elemento confirmado en experimentos.
O galio distribúese principalmente en China, Alemaña, Francia, Australia, Casaquistán e outros países do mundo, dos cales as reservas de galio de China representan máis do 95 % do total mundial, distribuídas principalmente en Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi e outros lugares [1]. En termos do tipo de distribución, Shanxi e Shandong e outros lugares existen principalmente bauxita, Yunnan e outros lugares mineral de estaño, e Hunan e outros lugares existen principalmente esfalerita. Ao comezo do descubrimento do metal de galio, debido á falta de investigación correspondente sobre a súa aplicación, a xente sempre creu que é un metal con baixa usabilidade. Non obstante, co desenvolvemento continuo da tecnoloxía da información e a era das novas enerxías e a alta tecnoloxía, o metal de galio recibiu atención como un material importante no campo da información, e a súa demanda tamén aumentou moito.
2. Campos de aplicación do galio metálico
1. Campo de semicondutores
O galio úsase principalmente no campo dos materiais semicondutores, sendo o material de arseniuro de galio (GaAs) o máis empregado e a tecnoloxía máis madura. Como portador de difusión de información, os materiais semicondutores representan entre o 80 % e o 85 % do consumo total de galio, que se emprega principalmente na comunicación sen fíos. Os amplificadores de potencia de arseniuro de galio poden aumentar a velocidade de transmisión da comunicación ata 100 veces a das redes 4G, o que pode desempeñar un papel importante na entrada na era 5G. Ademais, o galio pódese empregar como medio de disipación de calor en aplicacións de semicondutores debido ás súas características térmicas, baixo punto de fusión, alta condutividade térmica e bo rendemento de fluxo. A aplicación de metal de galio en forma de aliaxe a base de galio en materiais de interface térmica pode mellorar a capacidade de disipación de calor e a eficiencia dos compoñentes electrónicos.
2. Células solares
O desenvolvemento das células solares pasou das primeiras células solares de silicio monocristalino ás células de película fina de silicio policristalino. Debido ao alto custo das células de película fina de silicio policristalino, os investigadores descubriron células de película fina de cobre, indio, galio e selenio (CIGS) en materiais semicondutores [3]. As células CIGS teñen as vantaxes de baixos custos de produción, produción en grandes lotes e alta taxa de conversión fotoeléctrica, polo que teñen amplas perspectivas de desenvolvemento. En segundo lugar, as células solares de arseniuro de galio teñen vantaxes significativas na eficiencia de conversión en comparación coas células de película fina feitas doutros materiais. Non obstante, debido ao alto custo de produción dos materiais de arseniuro de galio, actualmente úsanse principalmente nos campos aeroespacial e militar.
3. Enerxía do hidróxeno
Coa crecente concienciación sobre a crise enerxética en todo o mundo, a xente busca substituír as fontes de enerxía non renovables, das cales destaca a enerxía do hidróxeno. Non obstante, o alto custo e a baixa seguridade do almacenamento e transporte do hidróxeno dificultan o desenvolvemento desta tecnoloxía. Como elemento metálico máis abundante na codia, o aluminio pode reaccionar coa auga para producir hidróxeno baixo certas condicións, o que o converte nun material ideal para o almacenamento de hidróxeno. Non obstante, debido á fácil oxidación da superficie do aluminio metálico para formar unha densa película de óxido de aluminio, que inhibe a reacción, os investigadores descubriron que o galio metálico de baixo punto de fusión pode formar unha aliaxe co aluminio, e o galio pode disolver o revestimento de óxido de aluminio da superficie, o que permite que a reacción continúe [4], e o galio metálico pode reciclarse e reutilizarse. O uso de materiais de aliaxe de aluminio e galio resolve en gran medida o problema da preparación rápida e o almacenamento e transporte seguros da enerxía do hidróxeno, mellorando a seguridade, a economía e a protección ambiental.
4. Campo médico
O galio úsase habitualmente no campo da medicina debido ás súas propiedades únicas de radiación, que se poden empregar para a obtención de imaxes e a inhibición de tumores malignos. Os compostos de galio teñen actividades antifúnxicas e antibacterianas evidentes e, en última instancia, conseguen a esterilización ao interferir co metabolismo bacteriano. E as aliaxes de galio pódense usar para fabricar termómetros, como os termómetros de galio, indio e estaño, un novo tipo de aliaxe de metal líquido que é segura, non tóxica e respectuosa co medio ambiente, e que se pode usar para substituír os termómetros de mercurio tóxicos. Ademais, unha certa proporción de aliaxe a base de galio substitúe a amálgama de prata tradicional e utilízase en aplicacións clínicas como un novo material de recheo dental.
3. Perspectivas
Aínda que China é un dos principais produtores de galio do mundo, aínda existen moitos problemas na industria do galio chinesa. Debido ao baixo contido de galio como mineral complementario, as empresas produtoras de galio están dispersas e hai elos débiles na cadea industrial. O proceso mineiro ten unha grave contaminación ambiental e a capacidade de produción de galio de alta pureza é relativamente débil, dependendo principalmente da exportación de galio groso a prezos baixos e da importación de galio refinado a prezos altos. Non obstante, co desenvolvemento da ciencia e a tecnoloxía, a mellora do nivel de vida das persoas e a aplicación xeneralizada do galio nos campos da información e a enerxía, a demanda de galio tamén aumentará rapidamente. A tecnoloxía de produción relativamente atrasada de galio de alta pureza inevitablemente terá restricións para o desenvolvemento industrial de China. O desenvolvemento de novas tecnoloxías é de gran importancia para lograr un desenvolvemento de alta calidade da ciencia e a tecnoloxía en China.
Data de publicación: 17 de maio de 2023