Ёсць такі метал, які вельмі чароўны. У паўсядзённым жыцці ён з'яўляецца ў вадкім выглядзе, як ртуць. Калі вы апусціце яго на бляшанку, вы са здзіўленнем выявіце, што бутэлька становіцца такой жа далікатнай, як папера, і разбіваецца адным штуршком. Акрамя таго, падзенне яго на такія металы, як медзь і жалеза, таксама выклікае гэтую сітуацыю, якую можна назваць «тэрмінатарам металу». Што абумоўлівае такія характарыстыкі? Сёння мы ўвойдзем у свет металічнага галію.
1、Які элементметалічны галій
Элемент Галій знаходзіцца ў чацвёртай групе IIIA перыяду перыядычнай сістэмы элементаў. Тэмпература плаўлення чыстага галію вельмі нізкая, усяго 29,78 ℃, але тэмпература кіпення дасягае 2204,8 ℃. Улетку большая частка існуе ў выглядзе вадкасці і можа расплавіцца, калі пакласці яе на далонь. З прыведзеных вышэй уласцівасцяў мы можам зразумець, што галій можа раз'ядаць іншыя металы менавіта з-за сваёй нізкай тэмпературы плаўлення. Вадкі галій утварае сплавы з іншымі металамі, што з'яўляецца чароўнай з'явай, згаданай раней. Яго ўтрыманне ў зямной кары складае ўсяго каля 0,001%, і яго існаванне было выяўлена толькі 140 гадоў таму. У 1871 годзе рускі хімік Мендзялееў абагульніў перыядычную сістэму элементаў і прадказаў, што пасля цынку ёсць элемент, які знаходзіцца ніжэй за алюміній, які мае падобныя ўласцівасці з алюмініем і называецца «алюмініевым элементам». У 1875 годзе, калі французскі вучоны Бовабардланд вывучаў законы спектральных ліній металічных элементаў таго ж сямейства, ён знайшоў дзіўную светлую паласу ў сфалерыце (ZnS), такім чынам, ён знайшоў гэты «элемент, падобны на алюміній», і затым назваў яго ў гонар сваёй радзімы Францыя (Галія, лацінская Gallia), з сімвалам Ga для абазначэння гэтага элемента, таму галій стаў першым прадказаным элементам у гісторыі адкрыцця хімічнага элемента, а затым знойдзены пацверджаны элемент у эксперыментах.
Галій у асноўным распаўсюджаны ў Кітаі, Германіі, Францыі, Аўстраліі, Казахстане і іншых краінах свету, з якіх запасы галію ў Кітаі складаюць больш за 95% ад агульнага аб'ёму сусветных запасаў, якія ў асноўным распаўсюджваюцца ў Шаньсі, Гуйчжоу, Юньнань, Хэнань, Гуансі і іншых месцах [1]. З пункту гледжання тыпу размеркавання, Шаньсі, Шаньдун і іншыя месцы ў асноўным знаходзяцца ў баксітах, Юньнань і іншыя месцы - у алавянай рудзе, а Хунань і іншыя месцы - у асноўным у сфалерыце. У пачатку адкрыцця металічнага галію з-за адсутнасці адпаведных даследаванняў па яго прымяненні людзі заўсёды лічылі, што гэта метал з нізкай зручнасцю выкарыстання. Аднак з бесперапынным развіццём інфармацыйных тэхналогій і эпохай новай энергіі і высокіх тэхналогій металічны галій атрымаў увагу як важны матэрыял у інфармацыйнай сферы, і попыт на яго таксама значна павялічыўся.
2、 Вобласці прымянення металічнага галію
1. Паўправадніковае поле
Галій у асноўным выкарыстоўваецца ў галіне паўправадніковых матэрыялаў, прычым арсенід галію (GaAs) з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным матэрыялам, а тэхналогія з'яўляецца самай сталай. У якасці носьбіта распаўсюджвання інфармацыі паўправадніковыя матэрыялы складаюць ад 80% да 85% агульнага спажывання галію, які ў асноўным выкарыстоўваецца ў бесправадной сувязі. Узмацняльнікі магутнасці з арсеніду галію могуць павялічыць хуткасць перадачы сувязі ў 100 разоў, чым у сетак 4G, што можа адыграць важную ролю пры ўваходзе ў эру 5G. Акрамя таго, галій можа быць выкарыстаны ў якасці цеплаадводу ў паўправадніковых прылажэннях з-за яго цеплавых характарыстык, нізкай тэмпературы плаўлення, высокай цеплаправоднасці і добрых характарыстык цякучасці. Прымяненне металічнага галію ў выглядзе сплаву на аснове галію ў матэрыялах цеплавога інтэрфейсу можа палепшыць здольнасць рассейвання цяпла і эфектыўнасць электронных кампанентаў.
2. Сонечныя батарэі
Развіццё сонечных батарэй прайшло шлях ад ранніх сонечных батарэй з монакрышталічнага крэмнію да тонкаплёнкавых батарэй з полікрышталічнага крэмнію. З-за высокага кошту тонкаплёнкавых ячэек з полікрышталічнага крэмнію даследчыкі выявілі тонкаплёнкавыя вочкі з медзі, індыя, галію і селену (CIGS) у паўправадніковых матэрыялах [3]. Ячэйкі CIGS маюць такія перавагі, як нізкія вытворчыя выдаткі, вялікая серыйная вытворчасць і высокі каэфіцыент фотаэлектрычнага пераўтварэння, такім чынам, шырокія перспектывы развіцця. Па-другое, сонечныя элементы з арсеніду галію маюць значныя перавагі ў эфектыўнасці пераўтварэння ў параўнанні з тонкаплёнкавымі элементамі з іншых матэрыялаў. Аднак з-за высокага кошту вытворчасці матэрыялаў з арсеніду галію яны ў цяперашні час у асноўным выкарыстоўваюцца ў аэракасмічнай і ваеннай сферах.
3. Вадародная энергетыка
З ростам дасведчанасці аб энергетычным крызісе ва ўсім свеце людзі імкнуцца замяніць неаднаўляльныя крыніцы энергіі, сярод якіх вылучаецца вадародная энергія. Аднак высокі кошт і нізкая бяспека захоўвання і транспарціроўкі вадароду перашкаджаюць развіццю гэтай тэхналогіі. З'яўляючыся найбольш распаўсюджаным металічным элементам у кары, алюміній можа ўступаць у рэакцыю з вадой з адукацыяй вадароду пры пэўных умовах, які з'яўляецца ідэальным матэрыялам для захоўвання вадароду. Аднак дзякуючы лёгкаму акісленню паверхні металу алюміній утварае шчыльную плёнку аксіду алюмінія , які тармозіць рэакцыю, даследчыкі выявілі, што металічны галій з нізкай тэмпературай плаўлення можа ўтвараць сплаў з алюмініем, а галій можа раствараць аксід алюмінія на паверхні пакрыццё, якое дазваляе працякаць рэакцыі [4], а металічны галій можа быць перапрацаваны і паўторна выкарыстаны. Выкарыстанне алюмініева-галіевых сплаваў значна вырашае праблему хуткай падрыхтоўкі і бяспечнага захоўвання і транспарціроўкі вадароднай энергіі, павышэння бяспекі, эканамічнасці і аховы навакольнага асяроддзя.
4. Медыцынская сфера
Галій шырока выкарыстоўваецца ў медыцыне дзякуючы сваім унікальным радыяцыйным уласцівасцям, якія можна выкарыстоўваць для візуалізацыі і інгібіравання злаякасных пухлін. Злучэнні галію валодаюць відавочнай супрацьгрыбковай і антыбактэрыйнай актыўнасцю і, у канчатковым рахунку, забяспечваюць стэрылізацыю, умешваючыся ў метабалізм бактэрый. А сплавы галію могуць быць выкарыстаны для вырабу тэрмометраў, такіх як галій-індыя-алавяныя тэрмометры, новы тып сплаву вадкіх металаў, які з'яўляецца бяспечным, нетоксичным і экалагічна чыстым, і можа выкарыстоўвацца для замены таксічных ртутных тэрмометраў. Акрамя таго, пэўная доля сплаву на аснове галію замяняе традыцыйную амальгаму срэбра і выкарыстоўваецца ў клінічных мэтах у якасці новага стаматалагічнага пломбіровочного матэрыялу.
3、 Outlook
Нягледзячы на тое, што Кітай з'яўляецца адным з асноўных вытворцаў галію ў свеце, у кітайскай галиевой прамысловасці ўсё яшчэ шмат праблем. З-за нізкага ўтрымання галію як мінерала-спадарожніка прадпрыемствы па вытворчасці галію раскіданыя, і ў прамысловым ланцугу ёсць слабыя звёны. Працэс здабычы сур'ёзна забруджвае навакольнае асяроддзе, а вытворчыя магутнасці галію высокай чысціні адносна слабыя, у асноўным абапіраючыся на экспарт грубага галію па нізкіх коштах і імпарт рафінаванага галію па высокіх коштах. Аднак з развіццём навукі і тэхнікі, павышэннем узроўню жыцця людзей і шырокім прымяненнем галію ў галінах інфармацыі і энергетыкі попыт на галій таксама хутка ўзрасце. Адносна адсталая тэхналогія вытворчасці галію высокай чысціні непазбежна будзе мець абмежаванні для прамысловага развіцця Кітая. Распрацоўка новых тэхналогій мае вялікае значэнне для дасягнення якаснага развіцця навукі і тэхнікі ў Кітаі.
Час размяшчэння: 17 мая 2023 г