De Minor Metal That Helps LED Lights Shine Bright
Eegeschaften:
- Atomic Symbol: Ga
- Atomic Nummer: 31
- Element Kategorie: Post-Übergangsmetall
- Densitéit: 5,91 g / cm³ (bei 73 ° F / 23 ° C)
- Schmelzpunkt: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Kesselen: 3999 ° F (2204 ° C)
- Moh's Hardness: 1,5
Charakteristiken:
Pure Gallium ass sëlwerchen-wäiss a fuscht bei Temperaturen ënner 85 ° F (29,4 ° C).
D'Metall bleift an engem geschmolzene Staat bis zu bal 4000 ° F (2204 ° C), sou datt et de gréisste Flëssegkeete vu all Metallelementer gëtt.
Gallium ass ee vun e puer e puer Metalle, déi erweidert wéi se ofkillt, an de Volume vu just iwwer 3% eropgoen.
Obwuel Gallianien einfach Legierungen mat anere Metalle sinn, ass et korrosiv , diffuséiert an d'Gitter an an d'Schwächung vun de meeschten Metalle. Säin niddreg Schmelzpunkt maacht et awer nëtzlech bei gewëssen kleng Schmelzlegierungen.
Am Géigesaz zu Quecksëlwerschoss , wat och bei Raumtemperaturen fléissend ass, gallium d'Haut Haut a Glas, doduerch datt et méi schwéier ze handhaben ass. Gallium ass net bal sou gëfteg wéi Quecksëlwer.
Geschicht:
Entdeckt am Joer 1875 vum Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran beim Iwwerpréiwung sphileritéierer Aroe, gouf Gallium net bei kommerziellen Applikatiounen bis an de leschten Deel vum 20. Joerhonnert benotzt.
Gallium ass net als strukturell Metal gebraucht, mä säi Wäert an vill modernen elektronesche Geräter kann net agespaart ginn.
Kommerzielle Gebrauch vu Gallium entwéckelt vun der initialer Fuerschung iwwer Leuchtdioden (LED) an III-V Radiofrequenz (RF) Halbleiter Technologie, déi am Ufank vu fënnefte 1950er ugefaang hunn.
Am Joer 1962 huet den IBM Physiker JB Gunn seng Recherche iwwer Gallium Arsenid (GaAs) zu der Entdeckung vun der héijer Frequenz Oszillatioun vum elektresche Stroum, deen duerch e puer halleffest Festonen fléisst - heifir bekannt als de Gunn Effekt. Dëse Durchmiesseren huet den Weg fir friem Militärdeeler entwéckelt mat Gunn Dioden (och bekannt als Transferelektronik), déi zanter Ufank a verschidden automateschen Apparaten benotzt goufen, vun Autodradar-Detektoren an Signalregler fir Feeler-Infrarot-Detektoren an Ingläichheeten.
Déi éischt LEDe an Laser baséiert op GaAs goufen an de fréiere 1960er Joer vun de Fuerscher an der RCA, GE an IBM produzéiert.
Zweetens kënnen d'LEDs nëmmen onsichtbar Infrarotlichtwiese produzéieren, Limitt fir d'Liwwerung op Sensoren an foto-elektronesch Applikatiounen. Mä hir Potenzial als energieeffizient kompakt Liichtquellen ass evident.
Vun den fréie 1960er hunn Texas Instruments ugefaang mat LEDs kommerziell. No de 1970er hunn d'fréi digitale Displaysysteme, déi an Uhren a Calculator'en benotzt goufen, séier gebraucht mat LED-Beleuchtungssystemer.
Weider Fuerschung an den 1970er an 1980er huet e méi effizient Ablackungstechniken, fir LED-Technologie méi zouverléisseg a kosteneffizient ze maachen. D'Entwécklung vu Gallium-Aluminium-Arsen (GaAlAs) Halbleitere verbënnt d'LEDs déi zéng-mol héijer waren wéi déi virdrun, während d'Faarfsprozess fir LED s och virgeschloe ginn baséiert op nei galliumhalberent halle leitende Substrate wéi Indium -Gallium-Nitrid (InGaN), Gallium-Arsenidphosphid (GaAsP), a Gallium-Phosphid (GaP).
Zu de spéidere 1960er koumen d'GaAs leitend Properties och als Deel vun Solarenergiequellen fir d'Exploration vum Weltraum. 1970 huet e sowjetesche Fuerschungsteam déi éischt GaAs Heterostruktur Solarzellen erstallt.
Critical fir d'Fabrikatioun vun optoelektronesche Geräter a integréierte Circuits (ICs), d'Demande fir GaAs Wafer huet an de spéidere 1990er an am Ufank vum 21. Joerhonnert a Korrelatioun mat der Entwécklung vun der mobilen Kommunikatioun an alternativen Energie Technologien erhéicht.
Net iwwerraschend, wéi d'Äntwerten op dës wuesse Demande, tëscht 2000 an 2011 weltwäit Präisgallium Produktioun méi wéi duebel vun ongeféier 100 metric tons (MT) pro Joer bis iwwer 300MT.
Produktioun:
Den duerchschnëttleche Galliumgehalt op der Äerdkrust ass geschat datt ongeféier 15 Teile pro Millioun ass, ähnlech wéi Lithium a méi üblech wéi de Blei . D'Metall gëtt awer a ganz wéineg ökologesch ausbaubarer Orizegrupp verbreed.
Esou wéi 90% vun alleer produzéierte Primär Galliium produzéiert gëtt aus der Bauprite bei der Raffinatioun vun Aluminiumoxid (Al2O3) extrahéiert, e Virdeeler vum Aluminium .
Eng kleng Bai Gallium gëtt als Nebenprodukt vun Zink Extraktioun produzéiert während der Raffinatioun vun Sphalerite Erz.
Während dem Bayer-Prozess vun der Aluminiumsréischterei bis zum Aluminiumaarm, gëtt d'Kraaft eréischt mat enger waarme Léisung vu Natriumhydroxid (NaOH) gewaschen. Dëst ëmsetzt Aluminiumoxid an Natriumaluminat, wat sech an Tanks ëmgëtt, während d'Natriumhydroxidlauber, déi elo Gallium enthält, fir d'Wiederverwendung gesammelt.
Well dës Likör recycléiert ass, féiert de Galliumgehalt nach all Zyklus bis zu engem Niveau vun ongeféier 100-125ppm. D'Mëschung kann da geholl a konzentréiert sech als Gallat iwwer d'Solventeriektioun mat organeschen Chelatmëttelen.
An engem elektrolytesche Bad bei Temperaturen vun 104-140 ° F (40-60 ° C) gëtt Natriumgalat ëmgewandelt an saufen Galli. No Waaser an Säure kann et dann duerch poröse Keramik oder Glasplacke gefilmt ginn fir 99,9-99,99% Gallium Metall ze produzéieren.
99.99% ass den Standardvorstandsgrad fir GaAs Applikatiounen, awer nei Verännerungen erfuerdert méi héich Läschten, déi erreechbar sinn duerch d'Erhaalung vum Metall ënnert Vakuum fir flüchtleche Elementer oder d'elektrochemeschen Purifikatiouns- a fraktalistesch Kristallisatiounsmethoden ze entfernen.
Am leschte Joerzéngt ass vill vun der Primär-Galium-Produktioun vun der Welt no China geplënnert, déi elo ongeféier 70% vum Gallium vun der Welt liwwert. Aner primär produzéierende Länner gehéieren der Ukraine an Kasachstan.
Ongeféier 30% vun der jährlecht Gallienproduktioun gëtt aus Schrott a recycléierbaren Matièren, wéi GaAs-enthalender IC-Wafer, extrahiert. Déi meescht Galium-Recycling fällt a Japan, Nordamerika a Europa.
D'US Geological Survey schätzt dat 310MT vum raffinéierten Gallium am Joer 2011.
Déi gréissten Produzenten vun der Welt: Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials, a Recapture Metal Co. Ltd.
Applikatiounen:
Wann de Legierungsgallium d'Korrosioun ugeet oder Metalle wéi Stéier bréchele mécht. Dës Traitement, zesumme mat senger extrem niddereger Schmelztemperatur, heescht datt Gallium vu strukturelle Applikatiounen net vill benotzt gëtt.
An senger metallescher Form gëtt Gallium an Loteren a kleng Schmelzellegien, z. B. Galinstan® , benotzt, mä et ass meeschtens an Hallef-Materialien fonnt.
Gallium seng Haaptapplikatioune kënnen an fënnef Gruppen kategoriséiert ginn:
1. Semiconductors: Rechnungsbetrag fir ongeféier 70% vun de galliéisem Gaummverbrauch, GaAs Wafer sinn d'Réckgrëff vu villen modernen elektroneschen Apparaten, wéi Smartphones a Bluetooth-Kommunikatiouns-Geräter déi op d'Energieeinsparung an d'Verstäerkung vu GaAs ICs vertrauen.
2. Dioden (LED) hunn emittéiert: Seit 2010 gët d'global Demande vum Gallium aus dem LED Sektor dupesumm verduebelt, well d'Verwäertung vu héich Helleng LEDs am Handys- an Flachbildschirmbereed Bildschirmer sinn. De weltwende Wee virun méi Energieeffizienz huet och zu enger staatlecher Ënnerstëtzung fir d'Verwäertung vun LED-Beleidegung iwwert Glühwäin a kompakt Leuchtstëftung.
3. Solarenergie: De Gebrauch vun Gallium an Solarenergie gëtt op zwou Technologien fokusséiert:
- GaAs-Konzentrator Solarzellen
- Cadmium-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) Dünnschäin Solarzellen
Als héich effizient Photovoltaik Zellen hu si zwou Technologien Erfarung a spezialiséiert Applikatiounen, virun allem a Loftraum a Militär, awer nach ëmmer Barrière fir eng grouss kommerziell Benotzung.
4. Magnetesch Material: Hoher Feststoff, Permanente Magnete sinn e wesentlechen Bestanddeel vun Computeren, Hybridautoen, Windenergieanlagen a verschidden aneren elektroneschen a automatiséierte Geräter. Kleng Gaassenaugängen ginn an e puer Permanente Magnete benotzt, dorënner och Neodym - Eisen - Bor (NdFeB) - Magnete.
5. Aner Applikatiounen:
- Spezialer Legierungen a Louten
- Adeleg Mirrors
- Mat Plutonium als Nuklearstabilisator
- Nickel - Mangan - Gallium - Formgedréckt - Legierung
- Pëtrol-Katalysator
- Biomedizinesch Applikatiounen, dorënner Medikamenter (Galliumnitrat)
- Phosphor
- Neutrino Detektioun
Quell:
Softpedia. Geschicht vu LED's (Light Emitting Diodes).
Source: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Chemie vun Aluminium, Gallium, Indium a Thallium". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V Semiconductors, eng Geschicht an RF Applications." ECS Trans . 2009, Volume 19, Nummer 3, Säiten 79-84.
Schubert, E. Fred. Light-Emitting Dioden . Rensselaer Polytechnic Institut, New York. Mee 2003.
USGS. Mineral Commodity Summaries: Gallium.
Source: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM Bericht. By-Product Metalle: D'Aluminium-Gallium Bezéiung .
URL: www.strategic-metal.typepad.com