ლითონის ტერმინატორი - გალიუმი

არსებობს ლითონის სახეობა, რომელიც ძალიან ჯადოსნურია. ყოველდღიურ ცხოვრებაში ის თხევადი სახით ჩნდება, ვერცხლისწყლის მსგავსად. თუ მას ქილაზე დააგდებთ, გაგიკვირდებათ, რომ ბოთლი ქაღალდივით მყიფე ხდება და მხოლოდ ერთი დარტყმითაც გატყდება. გარდა ამისა, ლითონებზე, როგორიცაა სპილენძი და რკინა, დავარდნაც იწვევს ამ სიტუაციას, რომელსაც შეიძლება „ლითონის ტერმინატორი“ ვუწოდოთ. რა იწვევს მის ასეთ მახასიათებლებს? დღეს ჩვენ გალიუმის მეტალის სამყაროს შევეხებით.

1. რა ელემენტია?გალიუმის ლითონი

გალიუმის ელემენტი ელემენტების პერიოდულ ცხრილში მეოთხე პერიოდის IIIA ჯგუფშია. სუფთა გალიუმის დნობის წერტილი ძალიან დაბალია, მხოლოდ 29.78 ℃, მაგრამ დუღილის წერტილი 2204.8 ℃-მდე მაღალია. ზაფხულში მისი უმეტესი ნაწილი სითხის სახით არსებობს და შეიძლება დნებოდეს ხელისგულზე მოთავსებისას. ზემოთ მოყვანილი თვისებებიდან შეგვიძლია გავიგოთ, რომ გალიუმს შეუძლია სხვა ლითონების კოროზია ზუსტად მისი დაბალი დნობის წერტილის გამო. თხევადი გალიუმი სხვა ლითონებთან შენადნობებს წარმოქმნის, რაც ზემოთ ნახსენები ჯადოსნური ფენომენია. დედამიწის ქერქში მისი შემცველობა მხოლოდ დაახლოებით 0.001%-ია და მისი არსებობა მხოლოდ 140 წლის წინ აღმოაჩინეს. 1871 წელს რუსმა ქიმიკოსმა მენდელეევმა შეაჯამა ელემენტების პერიოდული ცხრილი და იწინასწარმეტყველა, რომ თუთიის შემდეგ, ალუმინის ქვემოთ ასევე არსებობს ელემენტი, რომელსაც ალუმინის მსგავსი თვისებები აქვს და მას „ალუმინის მსგავს ელემენტს“ უწოდებენ. 1875 წელს, როდესაც ფრანგი მეცნიერი ბოვაბორდლენდი იმავე ოჯახის ლითონის ელემენტების სპექტრული ხაზების კანონებს სწავლობდა, მან სფალერიტში (ZnS) უცნაური სინათლის ზოლი აღმოაჩინა, ამიტომ მან აღმოაჩინა ეს „ალუმინის მსგავსი ელემენტი“ და შემდეგ მას თავისი სამშობლოს, საფრანგეთის (გალია, ლათინური Gallia) სახელი დაარქვა, სიმბოლო Ga კი ამ ელემენტის აღსანიშნავად. ამგვარად, გალიუმი გახდა პირველი ელემენტი, რომელიც ქიმიური ელემენტების აღმოჩენის ისტორიაში იწინასწარმეტყველეს და შემდეგ ექსპერიმენტებით დაადასტურეს.

გალიუმი ძირითადად გავრცელებულია ჩინეთში, გერმანიაში, საფრანგეთში, ავსტრალიაში, ყაზახეთსა და მსოფლიოს სხვა ქვეყნებში, რომელთაგან ჩინეთის გალიუმის რესურსების მარაგი მსოფლიო მარაგის 95%-ზე მეტს შეადგენს, ძირითადად გავრცელებულია შანქსიში, გუიჯოუში, იუნანში, ჰენანში, გუანსიში და სხვა ადგილებში [1]. გავრცელების ტიპის მიხედვით, შანქსიში, შანდონგში და სხვა ადგილებში ძირითადად ბოქსიტია, იუნანში და სხვა ადგილებში - კალის მადანი, ხოლო ჰუნანში და სხვა ადგილებში - სფალერიტი. გალიუმის აღმოჩენის დასაწყისში, მისი გამოყენების შესახებ შესაბამისი კვლევების არარსებობის გამო, ხალხი ყოველთვის თვლიდა, რომ ეს არის დაბალი გამოყენებადობის ლითონი. თუმცა, ინფორმაციული ტექნოლოგიების უწყვეტი განვითარებისა და ახალი ენერგიისა და მაღალტექნოლოგიური ეპოქის დადგომასთან ერთად, გალიუმმა, როგორც ინფორმაციული სფეროს მნიშვნელოვანმა მასალამ, ყურადღება მიიპყრო და მასზე მოთხოვნაც მნიშვნელოვნად გაიზარდა.

2. გალიუმის ლითონის გამოყენების სფეროები

1. ნახევარგამტარული ველი

გალიუმი ძირითადად გამოიყენება ნახევარგამტარული მასალების სფეროში, სადაც გალიუმის არსენიდის (GaAs) მასალა ყველაზე ფართოდ გამოიყენება და ტექნოლოგია ყველაზე განვითარებულია. ინფორმაციის გავრცელების მატარებლის სახით, ნახევარგამტარული მასალები გალიუმის მთლიანი მოხმარების 80%-დან 85%-მდე შეადგენს, რომელიც ძირითადად უსადენო კომუნიკაციაში გამოიყენება. გალიუმის არსენიდის სიმძლავრის გამაძლიერებლებს შეუძლიათ კომუნიკაციის გადაცემის სიჩქარე 4G ქსელებთან შედარებით 100-ჯერ გაზარდონ, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვანი როლი ითამაშოს 5G ერაში შესვლისთვის. გარდა ამისა, გალიუმის გამოყენება შესაძლებელია ნახევარგამტარულ აპლიკაციებში სითბოს გაფრქვევის საშუალებად მისი თერმული მახასიათებლების, დაბალი დნობის წერტილის, მაღალი თბოგამტარობის და კარგი ნაკადის მახასიათებლების გამო. გალიუმის ლითონის გამოყენება გალიუმზე დაფუძნებული შენადნობის სახით თერმულ ინტერფეისის მასალებში აუმჯობესებს ელექტრონული კომპონენტების სითბოს გაფრქვევის უნარს და ეფექტურობას.

2. მზის უჯრედები

მზის უჯრედების განვითარება ადრეული მონოკრისტალური სილიციუმის მზის უჯრედებიდან პოლიკრისტალური სილიციუმის თხელფენოვან უჯრედებზე გადავიდა. პოლიკრისტალური სილიციუმის თხელფენოვანი უჯრედების მაღალი ღირებულების გამო, მკვლევარებმა ნახევარგამტარულ მასალებში აღმოაჩინეს სპილენძ-ინდიუმის-გალიუმის-სელენის თხელფენოვანი (CIGS) უჯრედები [3]. CIGS უჯრედებს აქვთ დაბალი წარმოების ხარჯები, დიდი პარტიების წარმოება და მაღალი ფოტოელექტრული გარდაქმნის სიჩქარე, შესაბამისად, ფართო განვითარების პერსპექტივები აქვთ. მეორეც, გალიუმის არსენიდის მზის უჯრედებს მნიშვნელოვანი უპირატესობები აქვთ გარდაქმნის ეფექტურობაში სხვა მასალებისგან დამზადებულ თხელფენოვან უჯრედებთან შედარებით. თუმცა, გალიუმის არსენიდის მასალების მაღალი წარმოების ღირებულების გამო, ისინი ამჟამად ძირითადად გამოიყენება აერონავტიკისა და სამხედრო სფეროებში.

3. წყალბადის ენერგია

მთელ მსოფლიოში ენერგეტიკული კრიზისის შესახებ მზარდი ცნობიერების ამაღლების გამო, ადამიანები ცდილობენ ჩაანაცვლონ არაგანახლებადი ენერგიის წყაროები, რომელთაგან წყალბადის ენერგია გამოირჩევა. თუმცა, წყალბადის შენახვისა და ტრანსპორტირების მაღალი ღირებულება და დაბალი უსაფრთხოება ხელს უშლის ამ ტექნოლოგიის განვითარებას. როგორც ქერქში ყველაზე გავრცელებული ლითონის ელემენტი, ალუმინს შეუძლია წყალთან რეაქციაში შევიდეს წყალბადის წარმოსაქმნელად გარკვეულ პირობებში, რაც იდეალური მასალაა წყალბადის შესანახად. თუმცა, ლითონის ალუმინის ზედაპირის ადვილად დაჟანგვის გამო, რომელიც წარმოქმნის მკვრივ ალუმინის ოქსიდის ფენას, რაც აფერხებს რეაქციას, მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ დაბალი დნობის წერტილის მქონე ლითონ გალიუმს შეუძლია ალუმინთან შენადნობი წარმოქმნას, ხოლო გალიუმს შეუძლია გახსნას ზედაპირული ალუმინის ოქსიდის საფარი, რაც საშუალებას იძლევა რეაქციის გაგრძელების [4], ხოლო ლითონის გალიუმის გადამუშავება და ხელახლა გამოყენება შესაძლებელია. ალუმინ-გალიუმის შენადნობის მასალების გამოყენება მნიშვნელოვნად წყვეტს წყალბადის ენერგიის სწრაფი მომზადებისა და უსაფრთხო შენახვისა და ტრანსპორტირების პრობლემას, აუმჯობესებს უსაფრთხოებას, ეკონომიკას და გარემოს დაცვას.

4. სამედიცინო სფერო

გალიუმი ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში მისი უნიკალური რადიაციული თვისებების გამო, რომელთა გამოყენება შესაძლებელია ავთვისებიანი სიმსივნეების ვიზუალიზაციისა და ინჰიბირებისთვის. გალიუმის ნაერთებს აქვთ აშკარა სოკოს საწინააღმდეგო და ანტიბაქტერიული აქტივობა და საბოლოოდ სტერილიზაციას აღწევენ ბაქტერიულ მეტაბოლიზმში ჩარევით. გალიუმის შენადნობების გამოყენება შესაძლებელია თერმომეტრების დასამზადებლად, როგორიცაა გალიუმ-ინდიუმის-კალის თერმომეტრები, თხევადი ლითონის შენადნობის ახალი ტიპი, რომელიც უსაფრთხო, არატოქსიკური და ეკოლოგიურად სუფთაა და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტოქსიკური ვერცხლისწყლის თერმომეტრების შესაცვლელად. გარდა ამისა, გალიუმის ბაზაზე დამზადებული შენადნობის გარკვეული პროპორცია ცვლის ტრადიციულ ვერცხლის ამალგამას და გამოიყენება კლინიკურ პრაქტიკაში, როგორც ახალი სტომატოლოგიური ბჟენის მასალა.

3, პერსპექტივა

მიუხედავად იმისა, რომ ჩინეთი მსოფლიოში გალიუმის ერთ-ერთი მთავარი მწარმოებელია, ჩინეთის გალიუმის ინდუსტრიაში ჯერ კიდევ ბევრი პრობლემაა. გალიუმის, როგორც თანმხლები მინერალის, დაბალი შემცველობის გამო, გალიუმის წარმოების საწარმოები გაფანტულია და სამრეწველო ჯაჭვში სუსტი რგოლებია. მოპოვების პროცესი სერიოზულ გარემოს დაბინძურებას იწვევს, ხოლო მაღალი სისუფთავის გალიუმის წარმოების მოცულობა შედარებით სუსტია, ძირითადად დამოკიდებულია დაბალ ფასებში უხეშად მოპოვებული გალიუმის ექსპორტზე და მაღალ ფასებში რაფინირებული გალიუმის იმპორტზე. თუმცა, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების განვითარებასთან, ადამიანების ცხოვრების დონის გაუმჯობესებასთან და ინფორმაციისა და ენერგეტიკის სფეროებში გალიუმის ფართოდ გამოყენებასთან ერთად, გალიუმზე მოთხოვნაც სწრაფად გაიზრდება. მაღალი სისუფთავის გალიუმის წარმოების შედარებით ჩამორჩენილი ტექნოლოგია გარდაუვლად შეზღუდვებს შეუქმნის ჩინეთის სამრეწველო განვითარებას. ახალი ტექნოლოგიების შემუშავებას დიდი მნიშვნელობა აქვს ჩინეთში მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების მაღალი ხარისხის განვითარების მისაღწევად.