Et gëtt eng Zort Metall, déi ganz magesch ass. Am Alldag erschéngt et a flësseger Form wéi Quecksëlwer. Wann Dir et op eng Dose fale léisst, wäert Dir iwwerrascht sinn ze gesinn, datt d'Fläsch sou fragil wéi Pabeier gëtt, an se brécht mat just engem Stéch. Zousätzlech verursaacht et och dës Situatioun, déi een als "Metallterminator" bezeechne kann. Wat verursaacht datt et sou Eegeschafte huet? Haut wäerte mir an d'Welt vum Metall Gallium erakommen.
1. Wat fir en Element assGalliummetall
Gallium gehéiert zu der véierter Grupp IIIA am Periodesystem vun den Elementer. De Schmelzpunkt vu purem Gallium ass ganz niddreg, nëmmen 29,78 ℃, awer de Kachpunkt ass bis zu 2204,8 ℃ héich. Am Summer existéiert de gréissten Deel dovun a Flëssegkeet a ka geschmolz ginn, wann et an d'Handfläch gehale gëtt. Aus den uewe genannten Eegeschafte kënne mir verstoen, datt Gallium aner Metaller korrodéiere kann, genee wéinst sengem niddrege Schmelzpunkt. Flëssegt Gallium bilt Legierungen mat anere Metaller, wat dat virdru scho genannt magescht Phänomen ass. Säin Undeel an der Äerdkuuscht ass nëmmen ongeféier 0,001%, a seng Existenz gouf eréischt virun 140 Joer entdeckt. Am Joer 1871 huet de russesche Chemiker Mendelejew d'Periodsystem vun den Elementer zesummegefaasst a virausgesot, datt et no Zink och en Element ënner Aluminium gëtt, dat ähnlech Eegeschafte wéi Aluminium huet an en "aluminiumähnlecht Element" genannt gëtt. Am Joer 1875, wéi de franséische Wëssenschaftler Bowabordland d'Spektrallinngesetzer vu Metallelementer aus der selwechter Famill studéiert huet, huet hien e komescht hellt Band am Sphalerit (ZnS) fonnt, sou datt hien dëst "aluminiumähnlecht Element" fonnt huet, an et dann no sengem Heemechtsland Frankräich (Gallien, laténgesch Gallia) genannt huet, mam Symbol Ga fir dëst Element, sou datt Gallium dat éischt Element gouf, dat an der Geschicht vun der Entdeckung vu chemeschen Elementer virausgesot gouf, an duerno dat bestätegt Element an Experimenter fonnt huet.
Gallium ass haaptsächlech a China, Däitschland, Frankräich, Australien, Kasachstan an anere Länner op der Welt verdeelt, wouvun d'Galliumressourcen a China méi wéi 95% vun der Weltgesamt ausmaachen, haaptsächlech a Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi an anere Plazen verdeelt [1]. Wat d'Verdeelungsart ugeet, gëtt et a Shanxi, Shandong an anere Plazen haaptsächlech Bauxit, a Yunnan an anere Plazen Zinnäerz, an a Hunan an anere Plazen haaptsächlech Sphalerit. Zu Ufank vun der Entdeckung vum Galliummetall, wéinst dem Manktem u entspriechender Fuerschung iwwer seng Uwendung, hunn d'Leit ëmmer gegleeft, datt et e Metall mat gerénger Benotzbarkeet ass. Mat der kontinuéierlecher Entwécklung vun der Informatiounstechnologie an der Ära vun der neier Energie an High-Tech huet Galliummetall awer Opmierksamkeet als wichtegt Material am Informatiounsberäich kritt, an seng Nofro ass och staark eropgaang.
2. Uwendungsfelder vum Metall Gallium
1. Hallefleiterfeld
Gallium gëtt haaptsächlech am Beräich vun den Hallefleedermaterialien agesat, woubäi Galliumarsenid (GaAs) dat am meeschte verbreet Material ass an d'Technologie am reifsten ass. Als Träger vun der Informatiounsverbreedung maachen Hallefleedermaterialien 80% bis 85% vum Gesamtverbrauch vu Gallium aus, deen haaptsächlech an der drahtloser Kommunikatioun benotzt gëtt. Galliumarsenid-Leeschtungsverstäerker kënnen d'Kommunikatiounsiwwerdroungsgeschwindegkeet ëm den 100-fache vun der 4G-Netzwierker erhéijen, wat eng wichteg Roll beim Antrëtt an d'5G-Ära spille kann. Ausserdeem kann Gallium wéinst senge thermesche Charakteristiken, sengem niddrege Schmelzpunkt, senger héijer Wärmeleitfäegkeet a senger gudder Duerchflussleistung als Wärmeofléisungsmedium an Hallefleederapplikatioune benotzt ginn. D'Applikatioun vu Galliummetall a Form vun enger Gallium-baséierter Legierung an thermesche Grenzflächematerialien kann d'Wärmeofléisungsfäegkeet an d'Effizienz vun elektronesche Komponenten verbesseren.
2. Solarzellen
D'Entwécklung vu Solarzellen ass vun fréie monokristalline Silizium-Solarzellen zu polykristalline Silizium-Dënnschichtzellen gaangen. Wéinst den héije Käschte vu polykristalline Silizium-Dënnschichtzellen hunn d'Fuerscher Kupfer-Indium-Gallium-Selen-Dënnschichtzellen (CIGS) a Hallefleitermaterialien entdeckt [3]. CIGS-Zellen hunn d'Virdeeler vun niddrege Produktiounskäschten, grousser Serienproduktioun an héijer photoelektrescher Konversiounsquote, soudatt si breet Entwécklungsperspektiven hunn. Zweetens hunn Galliumarsenid-Solarzellen bedeitend Virdeeler wat d'Konversiounseffizienz ugeet am Verglach mat Dënnschichtzellen aus anere Materialien. Wéinst den héije Produktiounskäschte vu Galliumarsenid-Materialien gi se awer de Moment haaptsächlech an der Loft- a Raumfaart a Militär benotzt.
3. Waasserstoffenergie
Mat dem wuessenden Bewosstsinn fir d'Energiekris weltwäit sichen d'Leit no net-erneierbaren Energiequellen, vun deenen d'Waasserstoffenergie erausstécht. Wéi och ëmmer, déi héich Käschten an déi niddreg Sécherheet vun der Waasserstoffspäicherung an dem Transport behënneren d'Entwécklung vun dëser Technologie. Als dat heefegst Metallelement an der Äerdkuuscht kann Aluminium mat Waasser reagéieren fir ënner bestëmmte Konditiounen Waasserstoff ze produzéieren, wat e ideales Waasserstoffspäichermaterial ass. Wéinst der einfacher Oxidatioun vun der Uewerfläch vum Metallaluminium fir e dichten Aluminiumoxidfilm ze bilden, deen d'Reaktioun hemmt, hunn d'Fuerscher awer festgestallt, datt Metallgallium mat engem niddrege Schmelzpunkt eng Legierung mat Aluminium ka bilden, a Gallium kann d'Uewerflächenaluminiumoxidbeschichtung opléisen, wouduerch d'Reaktioun oflafe kann [4], an de Metallgallium kann recycléiert a nei benotzt ginn. D'Benotzung vun Aluminium-Gallium-Legierungsmaterialien léist d'Problem vun der schneller Virbereedung a sécherer Lagerung an Transport vu Waasserstoffenergie staark, wat d'Sécherheet, d'Wirtschaftlechkeet an den Ëmweltschutz verbessert.
4. Medizinescht Gebitt
Gallium gëtt wéinst senge speziellen Straleigenschaften dacks am medizinesche Beräich benotzt, wat fir d'Bildgebung an d'Hemmung vu bösartigen Tumoren agesat ka ginn. Galliumverbindungen hunn offensichtlech antifungal an antibakteriell Aktivitéiten a kënnen schlussendlech Sterilisatioun erreechen, andeems se de bakteriellen Metabolismus stéieren. A Galliumlegierunge kënne benotzt ginn fir Thermometer ze maachen, wéi zum Beispill Gallium-Indium-Zinn-Thermometer, eng nei Zort flësseg Metalllegierung, déi sécher, net gëfteg an ëmweltfrëndlech ass, a kann als Ersatz fir gëfteg Quecksëlwer-Thermometer benotzt ginn. Zousätzlech ersetzt e gewëssen Undeel vun der Gallium-baséierter Legierung dat traditionellt Sëlwer-Amalgam a gëtt a klineschen Uwendungen als neit Zännfëllmaterial benotzt.
3. Ausbléck
Obwuel China ee vun den Haaptproduzente vu Gallium op der Welt ass, gëtt et ëmmer nach vill Problemer an der chinesescher Galliumindustrie. Wéinst dem niddrege Galliumgehalt als Begleetmineral sinn d'Galliumproduktiounsbetriber verstreet, an et gëtt schwaach Glieder an der Industriekette. De Biergbauprozess huet eng eescht Ëmweltverschmotzung, an d'Produktiounskapazitéit vu Gallium mat héijer Rengheet ass relativ schwaach, haaptsächlech baséiert op dem Export vu grober Gallium zu niddrege Präisser an dem Import vu raffinéiertem Gallium zu héije Präisser. Mat der Entwécklung vun der Wëssenschaft an Technologie, der Verbesserung vum Liewensstandard vun de Leit, an der verbreeter Uwendung vu Gallium an de Beräicher vun der Informatioun an Energie, wäert d'Nofro no Gallium awer och séier eropgoen. Déi relativ zréckstänneg Produktiounstechnologie vu Gallium mat héijer Rengheet wäert zwangsleefeg Aschränkungen fir d'industriell Entwécklung vu China hunn. D'Entwécklung vun neien Technologien ass vu grousser Bedeitung fir eng héichqualitativ Entwécklung vu Wëssenschaft an Technologie a China z'erreechen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 17. Mee 2023