ლითონის ტერმინატორი - გალიუმი

არის მეტალი, რომელიც ძალიან ჯადოსნურია. ყოველდღიურ ცხოვრებაში ის თხევადი სახით ჩნდება, როგორც ვერცხლისწყალი. თუ მას ქილაზე დააგდებთ, გაგიკვირდებათ, რომ ბოთლი ქაღალდივით მყიფე ხდება და ის მხოლოდ დაჭერით გატყდება. გარდა ამისა, ისეთ ლითონებზე ჩამოშვება, როგორიცაა სპილენძი და რკინა, ასევე იწვევს ამ მდგომარეობას, რომელსაც შეიძლება ვუწოდოთ "ლითონის ტერმინატორი". რა განაპირობებს მას ასეთი მახასიათებლების არსებობას? დღეს ჩვენ შევალთ ლითონის გალიუმის სამყაროში.

1, რა არის ელემენტიგალიუმის ლითონი

გალიუმის ელემენტი არის მეოთხე პერიოდის IIIA ჯგუფში ელემენტების პერიოდულ სისტემაში. სუფთა გალიუმის დნობის წერტილი ძალიან დაბალია, მხოლოდ 29,78 ℃, მაგრამ დუღილის წერტილი არის 2204,8 ℃. ზაფხულში, მისი უმეტესი ნაწილი არსებობს სითხის სახით და შეიძლება დნება ხელისგულში მოთავსებისას. ზემოაღნიშნული თვისებებიდან შეგვიძლია გავიგოთ, რომ გალიუმს შეუძლია სხვა ლითონების კოროზია სწორედ მისი დაბალი დნობის წერტილის გამო. თხევადი გალიუმი აყალიბებს შენადნობებს სხვა ლითონებთან, რაც ზემოთ ნახსენები მაგიური ფენომენია. მისი შემცველობა დედამიწის ქერქში მხოლოდ 0,001%-ია და მისი არსებობა 140 წლის წინ იყო აღმოჩენილი. 1871 წელს რუსმა ქიმიკოსმა მენდელეევმა შეაჯამა ელემენტების პერიოდული ცხრილი და იწინასწარმეტყველა, რომ თუთიის შემდეგ ალუმინის ქვემოთ ასევე არის ელემენტი, რომელსაც აქვს ალუმინის მსგავსი თვისებები და ეწოდება "ალუმინის მსგავსი ელემენტი". 1875 წელს, როდესაც ფრანგი მეცნიერი ბოვაბორდლენდი სწავლობდა იმავე ოჯახის ლითონის ელემენტების სპექტრულ ხაზების კანონებს, მან აღმოაჩინა უცნაური სინათლის ზოლი სფალერიტში (ZnS), ასე რომ, მან იპოვა ეს "ალუმინის მსგავსი ელემენტი" და დაარქვა მას სამშობლოს სახელი. საფრანგეთი (გალია, ლათ. Gallia), სიმბოლო Ga, რომელიც წარმოადგენს ამ ელემენტს, ასე რომ, გალიუმი გახდა პირველი ელემენტი, რომელიც იწინასწარმეტყველეს ქიმიური ელემენტების აღმოჩენის ისტორიაში და შემდეგ იქნა ნაპოვნი. დადასტურებული ელემენტი ექსპერიმენტებში.

გალიუმი ძირითადად გავრცელებულია ჩინეთში, გერმანიაში, საფრანგეთში, ავსტრალიაში, ყაზახეთსა და მსოფლიოს სხვა ქვეყნებში, რომელთაგან ჩინეთის გალიუმის რესურსების მარაგი მსოფლიოს მთლიანი რაოდენობის 95%-ზე მეტს შეადგენს, ძირითადად გავრცელებულია შანქსიში, გუიჯოუ, იუნანში, ჰენანში, გუანქსიში. და სხვა ადგილები [1]. გავრცელების ტიპის მიხედვით, შანქსი, შანდონგი და სხვა ადგილები ძირითადად გვხვდება ბოქსიტში, იუნანი და სხვა ადგილები კალის საბადოში, ხოლო ჰუნანი და სხვა ადგილები ძირითადად სფალერიტშია. გალიუმის ლითონის აღმოჩენის დასაწყისში, მისი გამოყენების შესახებ შესაბამისი კვლევის არარსებობის გამო, ხალხს ყოველთვის სჯეროდა, რომ ეს არის დაბალი გამოყენებადობის მქონე ლითონი. თუმცა, საინფორმაციო ტექნოლოგიების უწყვეტი განვითარებისა და ახალი ენერგიისა და მაღალტექნოლოგიური ეპოქის ფონზე, გალიუმ მეტალმა მიიპყრო ყურადღება, როგორც მნიშვნელოვანი მასალა საინფორმაციო სფეროში და მისი მოთხოვნაც მნიშვნელოვნად გაიზარდა.

2, ლითონის გალიუმის გამოყენების ველები

1. ნახევარგამტარული ველი

გალიუმი ძირითადად გამოიყენება ნახევარგამტარული მასალების სფეროში, გალიუმის არსენიდის (GaAs) მასალა ყველაზე ფართოდ გამოიყენება და ტექნოლოგია ყველაზე მომწიფებული. როგორც ინფორმაციის გავრცელების მატარებელი, ნახევარგამტარული მასალები შეადგენს გალიუმის მთლიანი მოხმარების 80%-დან 85%-მდე, რომელიც ძირითადად გამოიყენება უკაბელო კომუნიკაციაში. გალიუმის დარიშხანის დენის გამაძლიერებლებს შეუძლიათ კომუნიკაციის გადაცემის სიჩქარე 100-ჯერ გაზარდონ 4G ქსელებთან შედარებით, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვანი როლი შეასრულოს 5G ეპოქაში შესვლისას. უფრო მეტიც, გალიუმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სითბოს გაფრქვევის საშუალება ნახევარგამტარულ პროგრამებში მისი თერმული მახასიათებლების, დაბალი დნობის წერტილის, მაღალი თბოგამტარობის და კარგი ნაკადის შესრულების გამო. გალიუმის ლითონის გამოყენებამ გალიუმზე დაფუძნებული შენადნობის სახით თერმული ინტერფეისის მასალებში შეიძლება გააუმჯობესოს ელექტრონული კომპონენტების სითბოს გაფრქვევის უნარი და ეფექტურობა.

2. მზის უჯრედები

მზის უჯრედების განვითარება ადრეული მონოკრისტალური სილიციუმის მზის უჯრედებიდან გადავიდა პოლიკრისტალურ სილიკონის თხელი ფირის უჯრედებამდე. პოლიკრისტალური სილიკონის თხელი ფირის უჯრედების მაღალი ღირებულების გამო, მკვლევარებმა აღმოაჩინეს სპილენძის ინდიუმის გალიუმის სელენის თხელი ფირის უჯრედები (CIGS) ნახევარგამტარ მასალებში [3]. CIGS უჯრედებს აქვთ დაბალი წარმოების ხარჯები, დიდი სერიის წარმოება და მაღალი ფოტოელექტრული კონვერტაციის სიჩქარე, რითაც აქვთ განვითარების ფართო პერსპექტივები. მეორეც, გალიუმის არსენიდის მზის უჯრედებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები კონვერტაციის ეფექტურობაში სხვა მასალებისგან დამზადებულ თხელი ფირის უჯრედებთან შედარებით. თუმცა, გალიუმის დარიშხანის მასალების წარმოების მაღალი ღირებულების გამო, ისინი ამჟამად ძირითადად გამოიყენება კოსმოსურ და სამხედრო სფეროებში.

3. წყალბადის ენერგია

მთელ მსოფლიოში ენერგეტიკული კრიზისის შესახებ ინფორმირებულობის ზრდასთან ერთად, ხალხი ცდილობს შეცვალოს არა განახლებადი ენერგიის წყაროები, რომელთაგან გამოირჩევა წყალბადის ენერგია. თუმცა წყალბადის შენახვისა და ტრანსპორტირების მაღალი ღირებულება და დაბალი უსაფრთხოება აფერხებს ამ ტექნოლოგიის განვითარებას. როგორც ყველაზე უხვი ლითონის ელემენტი ქერქში, ალუმინს შეუძლია წყალთან რეაგირება მოახდინოს წყალბადის წარმოქმნის გარკვეულ პირობებში, რაც წყალბადის იდეალური შესანახი მასალაა, თუმცა, ლითონის ალუმინის ზედაპირის მარტივი დაჟანგვის გამო, მკვრივი ალუმინის ოქსიდის ფირის წარმოქმნა. , რომელიც აფერხებს რეაქციას, მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ დაბალი დნობის წერტილის ლითონის გალიუმს შეუძლია შექმნას შენადნობი ალუმინისთან, ხოლო გალიუმს შეუძლია დაშალოს ზედაპირის ალუმინი. ოქსიდის საფარი, რომელიც რეაქციის გაგრძელების საშუალებას იძლევა [4] და ლითონის გალიუმის გადამუშავება და ხელახლა გამოყენება შესაძლებელია. ალუმინის გალიუმის შენადნობის მასალების გამოყენება მნიშვნელოვნად წყვეტს წყალბადის ენერგიის სწრაფი მომზადებისა და უსაფრთხო შენახვისა და ტრანსპორტირების პრობლემას, აუმჯობესებს უსაფრთხოებას, ეკონომიურობას და გარემოს დაცვას.

4. სამედიცინო სფერო

გალიუმი საყოველთაოდ გამოიყენება სამედიცინო სფეროში მისი უნიკალური რადიაციული თვისებების გამო, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას გამოსახულების და ავთვისებიანი სიმსივნეების ინჰიბირებისთვის. გალიუმის ნაერთებს აქვთ აშკარა სოკოს საწინააღმდეგო და ანტიბაქტერიული აქტივობა და საბოლოოდ სტერილიზაციას აღწევს ბაქტერიულ მეტაბოლიზმში ჩარევით. და გალიუმის შენადნობები შეიძლება გამოყენებულ იქნას თერმომეტრების დასამზადებლად, როგორიცაა გალიუმის ინდიუმის კალის თერმომეტრები, ახალი ტიპის თხევადი ლითონის შენადნობი, რომელიც არის უსაფრთხო, არატოქსიკური და ეკოლოგიურად სუფთა და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტოქსიკური ვერცხლისწყლის თერმომეტრების ჩასანაცვლებლად. გარდა ამისა, გალიუმზე დაფუძნებული შენადნობის გარკვეული ნაწილი ცვლის ტრადიციულ ვერცხლის ამალგამს და გამოიყენება კლინიკურ აპლიკაციებში, როგორც ახალი სტომატოლოგიური შემავსებელი მასალა.

3, Outlook

მიუხედავად იმისა, რომ ჩინეთი გალიუმის ერთ-ერთი მთავარი მწარმოებელია მსოფლიოში, ჩინეთის გალიუმის ინდუსტრიაში ჯერ კიდევ ბევრი პრობლემაა. გალიუმის, როგორც კომპანიონი მინერალის დაბალი შემცველობის გამო, გალიუმის წარმოების საწარმოები მიმოფანტულია და სუსტი რგოლებია სამრეწველო ჯაჭვში. სამთო პროცესს აქვს გარემოს სერიოზული დაბინძურება და მაღალი სისუფთავის გალიუმის წარმოების სიმძლავრე შედარებით სუსტია, ძირითადად ეყრდნობა უხეში გალიუმის ექსპორტს დაბალ ფასებზე და რაფინირებული გალიუმის იმპორტზე მაღალ ფასებზე. თუმცა, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, ადამიანების ცხოვრების დონის ამაღლებასთან ერთად და გალიუმის ფართოდ გამოყენებასთან ერთად ინფორმაციისა და ენერგეტიკის სფეროებში, გალიუმზე მოთხოვნაც სწრაფად გაიზრდება. მაღალი სისუფთავის გალიუმის წარმოების შედარებით ჩამორჩენილი ტექნოლოგია აუცილებლად შეზღუდავს ჩინეთის ინდუსტრიულ განვითარებას. ახალი ტექნოლოგიების განვითარებას დიდი მნიშვნელობა აქვს ჩინეთში მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების მაღალი ხარისხის განვითარების მისაღწევად.