Existe um tipo de metal que é muito mágico. Na vida diária, aparece na forma líquida como o mercúrio. Se você deixá-lo cair em uma lata, ficará surpreso ao descobrir que a garrafa se torna tão frágil quanto papel e quebrará com apenas um puxão. Além disso, deixá-lo cair sobre metais como cobre e ferro também provoca essa situação, que pode ser chamada de “terminador de metal”. O que faz com que tenha tais características? Hoje entraremos no mundo do metal gálio.
1、Qual elemento égálio metálico
O elemento gálio está no quarto período do grupo IIIA na tabela periódica dos elementos. O ponto de fusão do gálio puro é muito baixo, apenas 29,78 ℃, mas o ponto de ebulição chega a 2.204,8 ℃. No verão, a maior parte existe na forma líquida e pode derreter quando colocada na palma da mão. Pelas propriedades acima, podemos entender que o gálio pode corroer outros metais justamente por causa de seu baixo ponto de fusão. O gálio líquido forma ligas com outros metais, que é o fenômeno mágico mencionado anteriormente. Seu conteúdo na crosta terrestre é de apenas 0,001% e sua existência só foi descoberta há 140 anos. Em 1871, o químico russo Mendeleev resumiu a tabela periódica dos elementos e previu que depois do zinco, existe também um elemento abaixo do alumínio, que tem propriedades semelhantes às do alumínio e é chamado de “elemento semelhante ao alumínio”. Em 1875, quando o cientista francês Bowabordland estava estudando as leis da linha espectral de elementos metálicos da mesma família, ele encontrou uma estranha faixa de luz na esfalerita (ZnS), então encontrou este “elemento semelhante ao alumínio”, e então deu-lhe o nome de sua terra natal. França (Gália, latim Gallia), com o símbolo Ga para representar este elemento, então o gálio se tornou o primeiro elemento previsto na história da descoberta do elemento químico, e então encontrou o elemento confirmado em experimentos.
O gálio é distribuído principalmente na China, Alemanha, França, Austrália, Cazaquistão e outros países do mundo, dos quais as reservas de recursos de gálio da China representam mais de 95% do total mundial, distribuídos principalmente em Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi e outros lugares [1]. Em termos de tipo de distribuição, Shanxi, Shandong e outros lugares existem principalmente em bauxita, Yunnan e outros lugares em minério de estanho, e Hunan e outros lugares existem principalmente em esfalerita. No início da descoberta do metal gálio, por falta de pesquisas correspondentes sobre sua aplicação, sempre se acreditou que se tratava de um metal de baixa usabilidade. No entanto, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia da informação e a era das novas energias e da alta tecnologia, o gálio metálico tem recebido atenção como um material importante no campo da informação, e sua demanda também aumentou muito.
2、 Campos de aplicação do metal gálio
1. Campo semicondutor
O gálio é usado principalmente na área de materiais semicondutores, sendo o material de arseneto de gálio (GaAs) o mais amplamente utilizado e a tecnologia a mais madura. Como portadores de disseminação de informações, os materiais semicondutores respondem por 80% a 85% do consumo total de gálio, utilizado principalmente na comunicação sem fio. Os amplificadores de potência de arsenieto de gálio podem aumentar a velocidade de transmissão de comunicação em 100 vezes a das redes 4G, o que pode desempenhar um papel importante na entrada na era 5G. Além disso, o gálio pode ser usado como meio de dissipação de calor em aplicações de semicondutores devido às suas características térmicas, baixo ponto de fusão, alta condutividade térmica e bom desempenho de fluxo. A aplicação de metal de gálio na forma de uma liga à base de gálio em materiais de interface térmica pode melhorar a capacidade de dissipação de calor e a eficiência dos componentes eletrônicos.
2. Células solares
O desenvolvimento de células solares passou das primeiras células solares de silício monocristalino para células de película fina de silício policristalino. Devido ao alto custo das células de película fina de silício policristalino, os pesquisadores descobriram células de película fina de cobre, índio, gálio e selênio (CIGS) em materiais semicondutores [3]. As células CIGS têm as vantagens de baixos custos de produção, produção de grandes lotes e alta taxa de conversão fotoelétrica, tendo assim amplas perspectivas de desenvolvimento. Em segundo lugar, as células solares de arsenieto de gálio apresentam vantagens significativas na eficiência de conversão em comparação com células de película fina feitas de outros materiais. No entanto, devido ao alto custo de produção dos materiais de arsenieto de gálio, eles são atualmente utilizados principalmente nas áreas aeroespacial e militar.
3. Energia de hidrogênio
Com a crescente consciência da crise energética em todo o mundo, as pessoas procuram substituir fontes de energia não renováveis, das quais se destaca a energia do hidrogénio. No entanto, o alto custo e a baixa segurança do armazenamento e transporte do hidrogénio dificultam o desenvolvimento desta tecnologia. Como o elemento metálico mais abundante na crosta, o alumínio pode reagir com a água para produzir hidrogênio sob certas condições, o que é um material ideal para armazenamento de hidrogênio. No entanto, devido à fácil oxidação da superfície do metal alumínio para formar uma densa película de óxido de alumínio , que inibe a reação, os pesquisadores descobriram que o gálio metálico de baixo ponto de fusão pode formar uma liga com o alumínio, e o gálio pode dissolver o revestimento de óxido de alumínio da superfície, permitindo que a reação prossiga [4], e o gálio metálico pode ser reciclado e reutilizado . O uso de materiais de liga de alumínio e gálio resolve muito o problema de preparação rápida e armazenamento e transporte seguros de energia de hidrogênio, melhorando a segurança, a economia e a proteção ambiental.
4. Área médica
O gálio é comumente usado na área médica devido às suas propriedades únicas de radiação, que podem ser usadas para imagens e inibição de tumores malignos. Os compostos de gálio têm atividades antifúngicas e antibacterianas óbvias e, em última análise, conseguem a esterilização ao interferir no metabolismo bacteriano. E ligas de gálio podem ser usadas para fazer termômetros, como termômetros de gálio, índio e estanho, um novo tipo de liga de metal líquido que é segura, não tóxica e ecologicamente correta, e pode ser usada para substituir termômetros de mercúrio tóxicos. Além disso, uma certa proporção de liga à base de gálio substitui o tradicional amálgama de prata e é utilizada em aplicações clínicas como um novo material de obturação dentária.
3. Perspectivas
Embora a China seja um dos principais produtores de gálio do mundo, ainda existem muitos problemas na indústria chinesa de gálio. Devido ao baixo teor de gálio como mineral companheiro, as empresas de produção de gálio estão dispersas e existem elos fracos na cadeia industrial. O processo de mineração causa grave poluição ambiental e a capacidade de produção de gálio de alta pureza é relativamente fraca, dependendo principalmente da exportação de gálio grosso a preços baixos e da importação de gálio refinado a preços altos. No entanto, com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a melhoria dos padrões de vida das pessoas e a aplicação generalizada do gálio nos domínios da informação e da energia, a procura de gálio também aumentará rapidamente. A tecnologia de produção relativamente atrasada de gálio de alta pureza terá inevitavelmente restrições ao desenvolvimento industrial da China. O desenvolvimento de novas tecnologias é de grande importância para alcançar um desenvolvimento científico e tecnológico de alta qualidade na China.
Horário da postagem: 17 de maio de 2023