المنهي المعدني - غاليوم

هناك نوع من المعادن سحرية للغاية. في الحياة اليومية ، يبدو في شكل سائل مثل الزئبق. إذا قمت بإسقاطها على علبة ، فستفاجأ عندما تجد أن الزجاجة تصبح هشة مثل الورق ، وسوف تنكسر مع كزة. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي إسقاطه على المعادن مثل النحاس والحديد أيضًا إلى هذا الموقف ، والذي يمكن تسميته "Terminator Metal Terminator". ما الذي يسبب لها مثل هذه الخصائص؟ اليوم سوف ندخل عالم الغاليوم المعدني.

1 、 ما هو العنصرالمعدن الغاليوم

عنصر غاليوم هو في المجموعة الرابعة IIIA في الجدول الدوري للعناصر. نقطة انصهار الغاليوم النقي منخفضة للغاية ، فقط 29.78 ℃ ، ولكن نقطة الغليان تصل إلى 2204.8 ℃. في الصيف ، يوجد معظمه كسائل ويمكن ذوبانه عند وضعه في النخيل. من الخصائص المذكورة أعلاه ، يمكننا أن نفهم أن Gallium يمكن أن يتآكل المعادن الأخرى على وجه التحديد بسبب انخفاض نقطة الانصهار. يشكل سائل الغاليوم سبائك مع المعادن الأخرى ، وهي الظاهرة السحرية المذكورة سابقًا. يبلغ محتواه في قشرة الأرض حوالي 0.001 ٪ فقط ، ولم يتم اكتشاف وجوده حتى قبل 140 عامًا. في عام 1871 ، لخص الكيميائي الروسي منديليف الجدول الدوري للعناصر وتوقع أنه بعد الزنك ، يوجد أيضًا عنصر أقل من الألومنيوم ، والذي يحتوي على خصائص مماثلة للألمنيوم وتسمى "عنصر يشبه الألمنيوم". في عام 1875 ، عندما كان العالم الفرنسي Bowabordland يدرس قوانين الخط الطيفي للعناصر المعدنية في نفس العائلة ، وجد فرقة خفيفة غريبة في Sphalerite (ZnS) ، لذلك وجد هذا "العنصر مثل العنصر" ، ثم تم تسميته على العنصر الكيميائي. في التجارب.

يتم توزيع غاليوم بشكل أساسي في الصين وألمانيا وفرنسا وأستراليا وكازاخستان ودول أخرى في العالم ، تمثل احتياطيات موارد الغاليوم في الصين أكثر من 95 ٪ من إجمالي في العالم ، موزعة بشكل رئيسي في شانشي ، غوتشو ، يونان ، هنان ، قوانغوكسي وأماكن أخرى [1]. فيما يتعلق بنوع التوزيع ، توجد شانشي وشاندونغ وأماكن أخرى بشكل رئيسي في البوكسيت ويونان وغيرها من الأماكن في خام الصفيح ، وهونان وأماكن أخرى موجودة بشكل رئيسي في سبالريك. في بداية اكتشاف المعدن الغاليوم ، بسبب عدم وجود أبحاث مقابلة بشأن تطبيقه ، كان الناس يعتقدون دائمًا أنه معدن ذو قابلية للاستخدام. ومع ذلك ، مع التطوير المستمر لتكنولوجيا المعلومات وعصر الطاقة الجديدة والتكنولوجيا الفائقة ، حصلت Gallium Metal على الانتباه كمواد مهمة في مجال المعلومات ، وزاد طلبها أيضًا بشكل كبير.

2 、 حقول تطبيق الغالوم المعدني

1. حقل أشباه الموصلات

يستخدم الغاليوم بشكل أساسي في مجال مواد أشباه الموصلات ، مع أن مادة أرسينيد الغاليوم (GAAs) هي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع والتكنولوجيا الأكثر نضجًا. كحامل لنشر المعلومات ، تمثل مواد أشباه الموصلات 80 ٪ إلى 85 ٪ من إجمالي استهلاك الغاليوم ، وتستخدم بشكل رئيسي في الاتصالات اللاسلكية. يمكن أن تزيد مضخمات الطاقة من Gallium Arsenide من سرعة نقل الاتصال إلى 100 مرة من شبكات 4G ، والتي يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في الدخول إلى عصر 5G. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام الغاليوم كوسيط تبديد الحرارة في تطبيقات أشباه الموصلات بسبب خصائصه الحرارية ، ونقطة انصهار منخفضة ، والتوصيل الحراري العالي ، وأداء التدفق الجيد. يمكن أن يؤدي تطبيق المعدن الغاليوم في شكل سبيكة غاليوم في مواد الواجهة الحرارية إلى تحسين قدرة تبديد الحرارة وكفاءة المكونات الإلكترونية.

2. الخلايا الشمسية

لقد انتقل تطور الخلايا الشمسية من الخلايا الشمسية السيليكون المبكرة إلى خلايا السيليكون الرقيقة السيليكون. بسبب التكلفة العالية لخلايا السيليكون الرقيقة السيليكون متعدد البلورات ، اكتشف الباحثون خلايا النحاس السيلينيوم السيلينيوم السيلينيوم السيلينيوم (CIGS) في مواد أشباه الموصلات [3]. تتمتع خلايا CIGS بمزايا انخفاض تكاليف الإنتاج ، وإنتاج الدُفعات الكبيرة ، ومعدل تحويل كهروضوئي مرتفع ، وبالتالي وجود آفاق تطوير واسعة. ثانياً ، تتمتع الخلايا الشمسية بالزرنيخات الغاليوم بمزايا كبيرة في كفاءة التحويل مقارنة بخلايا الأفلام الرقيقة المصنوعة من مواد أخرى. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع تكلفة إنتاج مواد أرسينيد الغاليوم ، فهي تستخدم حاليًا بشكل أساسي في مجال الفضاء والعسكري.

3. طاقة الهيدروجين

مع زيادة الوعي بأزمة الطاقة في جميع أنحاء العالم ، يسعى الناس إلى استبدال مصادر الطاقة غير المتجددة ، والتي تبرز طاقة الهيدروجين. ومع ذلك ، فإن التكلفة العالية وانخفاض السلامة لتخزين الهيدروجين والنقل تعيق تطوير هذه التكنولوجيا. نظرًا لأن العنصر المعدني الأكثر وفرة في القشرة ، يمكن أن يتفاعل الألومنيوم بالماء لإنتاج الهيدروجين في ظل ظروف معينة ، وهو مادة تخزين هيدروجين مثالية ، نظرًا لسهولة الأكسدة من سطح الألومنيوم المعدني لتشكل فيلمًا مكثفًا من الألومنيوم ، فإن الباحثين قد وجدوا أن الباحثين يذوبون من ألومينات من ألومنيوم ، وتوضيح الجليوم. يمكن إعادة تدوير رد الفعل للمضي قدما [4] ، ويمكن إعادة تدوير الغاليوم المعدني وإعادة استخدامه. إن استخدام مواد سبيكة غاليوم الألومنيوم يحل إلى حد كبير مشكلة التحضير السريع والتخزين الآمن ونقل طاقة الهيدروجين ، وتحسين السلامة والاقتصاد وحماية البيئة.

4. المجال الطبي

يستخدم الغاليوم بشكل شائع في المجال الطبي بسبب خصائصه الإشعاعية الفريدة ، والتي يمكن استخدامها للتصوير وتثبيط الأورام الخبيثة. تحتوي مركبات الغاليوم على أنشطة مضادة للفطريات ومضادة للبكتيريا واضحة ، وتحقيق التعقيم في النهاية عن طريق التدخل في التمثيل الغذائي البكتيري. ويمكن استخدام سبائك الغاليوم لصنع موازين حرارة ، مثل موازين حرارة الصفيح الغاليوم الإنديوم ، وهو نوع جديد من سبيكة المعادن السائلة آمنة ، غير سامة ، وصديقة للبيئة ، ويمكن استخدامها لاستبدال موازين حرارة الزئبق السامة. بالإضافة إلى ذلك ، تحل نسبة معينة من سبيكة الغاليوم محل الملغم الفضي التقليدي وتستخدم في التطبيقات السريرية كمواد ملء الأسنان الجديدة.

3 、 التوقعات

على الرغم من أن الصين هي واحدة من المنتجين الرئيسيين للغاليوم في العالم ، إلا أنه لا يزال هناك العديد من المشكلات في صناعة الغاليوم في الصين. نظرًا لانخفاض محتوى الغاليوم كمعادن مصاحبة ، تنتشر مؤسسات إنتاج الغاليوم ، وهناك روابط ضعيفة في السلسلة الصناعية. تتمتع عملية التعدين بتلوث بيئي خطير ، والقدرة الإنتاجية للهيكل العالي للبطاقة ضعيفة نسبيًا ، ويعتمد بشكل أساسي على تصدير الغاليوم الخشن بأسعار منخفضة واستيراد غاليوم مكرر بأسعار مرتفعة. ومع ذلك ، مع تطور العلوم والتكنولوجيا ، وتحسين مستويات المعيشة للأشخاص ، والتطبيق الواسع النطاق للغالوم في مجالات المعلومات والطاقة ، سيزداد الطلب على الغاليوم بسرعة. إن تقنية الإنتاج المتخلفة نسبيًا في غاليوم عالي النقاء ستحتظ حتما قيود على التنمية الصناعية في الصين. إن تطوير تقنيات جديدة له أهمية كبيرة لتحقيق التطور عالي الجودة للعلوم والتكنولوجيا في الصين.