Hay un tipo de metal que es muy mágico. En la vida diaria aparece en forma líquida como el mercurio. Si lo dejas caer sobre una lata, te sorprenderá descubrir que la botella se vuelve tan frágil como el papel y se romperá con solo un golpe. Además, dejarlo caer sobre metales como el cobre y el hierro también provoca esta situación, que se puede denominar “terminador de metal”. ¿Qué hace que tenga tales características? Hoy nos adentraremos en el mundo del galio metálico.
1 、 ¿Qué elemento es?metal galio
El elemento galio se encuentra en el grupo IIIA del cuarto período de la tabla periódica de elementos. El punto de fusión del galio puro es muy bajo, sólo 29,78 ℃, pero el punto de ebullición llega a 2204,8 ℃. En verano, la mayor parte existe en forma líquida y puede derretirse cuando se coloca en la palma. De las propiedades anteriores, podemos entender que el galio puede corroer otros metales precisamente debido a su bajo punto de fusión. El galio líquido forma aleaciones con otros metales, lo que constituye el fenómeno mágico mencionado anteriormente. Su contenido en la corteza terrestre es sólo de alrededor del 0,001% y su existencia no se descubrió hasta hace 140 años. En 1871, el químico ruso Mendeleev resumió la tabla periódica de elementos y predijo que después del zinc, también hay un elemento debajo del aluminio, que tiene propiedades similares al aluminio y se llama "elemento similar al aluminio". En 1875, cuando el científico francés Bowabordland estaba estudiando las leyes de las líneas espectrales de elementos metálicos de la misma familia, encontró una extraña banda luminosa en la esfalerita (ZnS), por lo que encontró este "elemento parecido al aluminio" y luego le puso el nombre de su patria. Francia (Galia, latín Gallia), con el símbolo Ga para representar este elemento, por lo que el galio se convirtió en el primer elemento predicho en la historia del descubrimiento de elementos químicos, y luego encontró el elemento confirmado en experimentos.
El galio se distribuye principalmente en China, Alemania, Francia, Australia, Kazajstán y otros países del mundo, de los cuales las reservas de recursos de galio de China representan más del 95% del total mundial, distribuido principalmente en Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi. y otros lugares [1]. En términos de tipo de distribución, Shanxi, Shandong y otros lugares existen principalmente en bauxita, Yunnan y otros lugares en mineral de estaño, y Hunan y otros lugares existen principalmente en esfalerita. Al inicio del descubrimiento del galio metálico, debido a la falta de investigaciones correspondientes sobre su aplicación, la gente siempre ha creído que es un metal con baja usabilidad. Sin embargo, con el desarrollo continuo de la tecnología de la información y la era de las nuevas energías y la alta tecnología, el galio metálico ha recibido atención como un material importante en el campo de la información y su demanda también ha aumentado considerablemente.
2 、 Campos de aplicación del galio metálico
1. Campo de semiconductores
El galio se utiliza principalmente en el campo de los materiales semiconductores, siendo el material de arseniuro de galio (GaAs) el más utilizado y la tecnología más madura. Como medio de difusión de información, los materiales semiconductores representan entre el 80% y el 85% del consumo total de galio, utilizado principalmente en comunicaciones inalámbricas. Los amplificadores de potencia de arseniuro de galio pueden aumentar la velocidad de transmisión de las comunicaciones hasta 100 veces la de las redes 4G, lo que puede desempeñar un papel importante en la entrada a la era 5G. Además, el galio se puede utilizar como medio de disipación de calor en aplicaciones de semiconductores debido a sus características térmicas, bajo punto de fusión, alta conductividad térmica y buen rendimiento de flujo. La aplicación de galio metálico en forma de una aleación a base de galio en materiales de interfaz térmica puede mejorar la capacidad de disipación de calor y la eficiencia de los componentes electrónicos.
2. Células solares
El desarrollo de las células solares ha pasado de las primeras células solares de silicio monocristalino a las células de película fina de silicio policristalino. Debido al alto costo de las células de película delgada de silicio policristalino, los investigadores han descubierto células de película delgada de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) en materiales semiconductores [3]. Las células CIGS tienen las ventajas de bajos costos de producción, producción en grandes lotes y una alta tasa de conversión fotoeléctrica, por lo que tienen amplias perspectivas de desarrollo. En segundo lugar, las células solares de arseniuro de galio tienen importantes ventajas en cuanto a eficiencia de conversión en comparación con las células de película delgada fabricadas con otros materiales. Sin embargo, debido al alto coste de producción de los materiales de arseniuro de galio, actualmente se utilizan principalmente en los campos aeroespacial y militar.
3. Energía del hidrógeno
Con la creciente conciencia de la crisis energética en todo el mundo, la gente busca reemplazar las fuentes de energía no renovables, entre las que destaca la energía del hidrógeno. Sin embargo, el alto coste y la baja seguridad del almacenamiento y transporte del hidrógeno obstaculizan el desarrollo de esta tecnología. Como elemento metálico más abundante en la corteza, el aluminio puede reaccionar con el agua para producir hidrógeno bajo ciertas condiciones, lo que es un material ideal para almacenar hidrógeno. Sin embargo, debido a la fácil oxidación de la superficie del metal, el aluminio forma una densa película de óxido de aluminio. , que inhibe la reacción, los investigadores han descubierto que el galio metálico de bajo punto de fusión puede formar una aleación con el aluminio, y el galio puede disolver el recubrimiento de óxido de aluminio de la superficie, permitiendo que la reacción continúe [4], y el galio metálico puede reciclarse y reutilizarse. . El uso de materiales de aleación de aluminio y galio resuelve en gran medida el problema de la preparación rápida y el almacenamiento y transporte seguros de la energía del hidrógeno, mejorando la seguridad, la economía y la protección del medio ambiente.
4. Campo médico
El galio se usa comúnmente en el campo médico debido a sus propiedades de radiación únicas, que pueden usarse para obtener imágenes e inhibir tumores malignos. Los compuestos de galio tienen actividades antifúngicas y antibacterianas obvias y, en última instancia, logran la esterilización al interferir con el metabolismo bacteriano. Y las aleaciones de galio se pueden usar para fabricar termómetros, como los termómetros de galio, indio y estaño, un nuevo tipo de aleación de metal líquido que es segura, no tóxica y respetuosa con el medio ambiente, y que puede usarse para reemplazar los termómetros tóxicos de mercurio. Además, una cierta proporción de aleación a base de galio reemplaza la amalgama de plata tradicional y se utiliza en aplicaciones clínicas como nuevo material de obturación dental.
3. Perspectiva
Aunque China es uno de los principales productores de galio del mundo, todavía existen muchos problemas en la industria china del galio. Debido al bajo contenido de galio como mineral acompañante, las empresas de producción de galio están dispersas y existen eslabones débiles en la cadena industrial. El proceso minero tiene una grave contaminación ambiental y la capacidad de producción de galio de alta pureza es relativamente débil, ya que depende principalmente de la exportación de galio en bruto a precios bajos y de la importación de galio refinado a precios elevados. Sin embargo, con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la mejora del nivel de vida de las personas y la aplicación generalizada del galio en los campos de la información y la energía, la demanda de galio también aumentará rápidamente. La tecnología de producción relativamente atrasada de galio de alta pureza inevitablemente tendrá limitaciones para el desarrollo industrial de China. El desarrollo de nuevas tecnologías es de gran importancia para lograr un desarrollo de alta calidad de la ciencia y la tecnología en China.
Hora de publicación: 17 de mayo de 2023