Існуе від металу, які мае вельмі чароўныя ўласцівасці. У паўсядзённым жыцці ён сустракаецца ў вадкім стане, як ртуць. Калі вы кінеце яго на бляшанку, вы здзівіцеся, выявіўшы, што бутэлька становіцца такой жа далікатнай, як папера, і разбіваецца ад аднаго ўдару. Акрамя таго, падзенне на такія металы, як медзь і жалеза, таксама выклікае гэтую сітуацыю, якую можна назваць «металічным тэрмінатарам». Што выклікае такія ўласцівасці? Сёння мы пазнаёмімся са светам металу галію.
1. Які элемент?металічны галій
Галій знаходзіцца ў чацвёртым перыядзе IIIA групы перыядычнай табліцы элементаў. Тэмпература плаўлення чыстага галію вельмі нізкая, усяго 29,78 ℃, а тэмпература кіпення дасягае 2204,8 ℃. Улетку большая частка яго знаходзіцца ў вадкім стане і можа расплавіцца, калі яго змясціць на далонь. З вышэйзгаданых уласцівасцей мы можам зразумець, што галій можа раз'ядаць іншыя металы менавіта з-за яго нізкай тэмпературы плаўлення. Вадкі галій утварае сплавы з іншымі металамі, што з'яўляецца той чароўнай з'явай, пра якую гаварылася раней. Яго ўтрыманне ў зямной кары складае ўсяго каля 0,001%, і яго існаванне было адкрыта толькі 140 гадоў таму. У 1871 годзе рускі хімік Мендзялееў абагульніў перыядычную табліцу элементаў і прадказаў, што пасля цынку, ніжэй за алюміній, ёсць таксама элемент, які мае падобныя ўласцівасці да алюмінію і называецца «алюмініепадобным элементам». У 1875 годзе, калі французскі вучоны Боўбардланд вывучаў законы спектральных ліній металічных элементаў таго ж сямейства, ён выявіў дзіўную светлую паласу ў сфалерыце (ZnS), таму ён знайшоў гэты «алюмініепадобны элемент», а затым назваў яго ў гонар сваёй радзімы Францыі (Галія, лацінская Gallia), прысвоіўшы сімвал Ga для абазначэння гэтага элемента, такім чынам, галій стаў першым элементам, прадказаным у гісторыі адкрыцця хімічных элементаў, а затым быў пацверджаны ў эксперыментах.
Галій у асноўным распаўсюджаны ў Кітаі, Германіі, Францыі, Аўстраліі, Казахстане і іншых краінах свету, прычым запасы галію ў Кітаі складаюць больш за 95% ад сусветных, у асноўным у правінцыях Шаньсі, Гуйчжоу, Юньнань, Хэнань, Гуансі і іншых месцах [1]. Што тычыцца тыпу распаўсюджвання, то ў Шаньсі, Шаньдуне і іншых месцах у асноўным здабываюцца баксіты, у Юньнані і іншых месцах — алавяныя руды, а ў Хунані і іншых месцах — сфалерыт. На пачатку адкрыцця металічнага галію, з-за адсутнасці адпаведных даследаванняў яго прымянення, людзі заўсёды лічылі, што гэта метал з нізкай практычнасцю. Аднак з пастаянным развіццём інфармацыйных тэхналогій і эпохай новай энергіі і высокіх тэхналогій металічны галій прыцягнуў увагу як важны матэрыял у інфармацыйнай сферы, і попыт на яго таксама значна ўзрос.
2. Галіны прымянення металічнага галію
1. Паўправадніковая галіна
Галій у асноўным выкарыстоўваецца ў галіне паўправадніковых матэрыялаў, прычым матэрыял на аснове арсеніду галію (GaAs) з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным, а тэхналогія — найбольш развітай. Як носьбіт распаўсюджвання інфармацыі, паўправадніковыя матэрыялы складаюць ад 80% да 85% ад агульнага спажывання галію, які ў асноўным выкарыстоўваецца ў бесправадной сувязі. Узмацняльнікі магутнасці на аснове арсеніду галію могуць павялічыць хуткасць перадачы сувязі ў 100 разоў у параўнанні з сеткамі 4G, што можа адыграць важную ролю ва ўступленні ў эру 5G. Акрамя таго, галій можа выкарыстоўвацца ў якасці цеплааддаючага асяроддзя ў паўправадніковых прыладах дзякуючы сваім цеплавым характарыстыкам, нізкай тэмпературы плаўлення, высокай цеплаправоднасці і добрым характарыстыкам цякучасці. Ужыванне металічнага галію ў выглядзе сплаву на аснове галію ў цеплаінтэрфейсных матэрыялах можа палепшыць здольнасць цеплааддачы і эфектыўнасць электронных кампанентаў.
2. Сонечныя батарэі
Развіццё сонечных элементаў прайшло шлях ад ранніх монакрышталічных крэмніевых сонечных элементаў да полікрышталічных крэмніевых тонкаплёнкавых элементаў. З-за высокага кошту полікрышталічных крэмніевых тонкаплёнкавых элементаў даследчыкі выявілі медзь-індый-галій-селенавыя тонкаплёнкавыя элементы (CIGS) у паўправадніковых матэрыялах [3]. Элементы CIGS маюць перавагі нізкага кошту вытворчасці, вялікіх партый вытворчасці і высокай хуткасці фотаэлектрычнага пераўтварэння, што сведчыць аб шырокіх перспектывах развіцця. Па-другое, сонечныя элементы на аснове арсеніду галію маюць значныя перавагі ў эфектыўнасці пераўтварэння ў параўнанні з тонкаплёнкавымі элементамі, вырабленымі з іншых матэрыялаў. Аднак з-за высокага кошту вытворчасці матэрыялаў на аснове арсеніду галію яны ў цяперашні час у асноўным выкарыстоўваюцца ў аэракасмічнай і ваеннай галінах.
3. Вадародная энергія
З ростам усведамлення энергетычнага крызісу 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. Як найбольш распаўсюджаны металічны элемент у зямной кары, алюміній можа рэагаваць з вадой, утвараючы вадарод пры пэўных умовах, які з'яўляецца ідэальным матэрыялам для захоўвання вадароду. Аднак, з-за лёгкага акіслення паверхні металічнага алюмінію з утварэннем шчыльнай плёнкі аксіду алюмінію, якая тармозіць рэакцыю, даследчыкі выявілі, што металічны галій з нізкай тэмпературай плаўлення можа ўтвараць сплаў з алюмініем, і галій можа раствараць павярхоўнае пакрыццё аксіду алюмінію, дазваляючы рэакцыі працякаць [4], і металічны галій можа быць перапрацаваны і выкарыстаны паўторна. Выкарыстанне алюмініева-галіевых сплаваў значна вырашае праблему хуткай падрыхтоўкі і бяспечнага захоўвання і транспарціроўкі вадароднай энергіі, паляпшаючы бяспеку, эканоміку і ахову навакольнага асяроддзя.
4. Медыцынская сфера
Галій шырока выкарыстоўваецца ў медыцыне дзякуючы сваім унікальным радыяцыйным уласцівасцям, якія можна выкарыстоўваць для візуалізацыі і стрымлівання злаякасных пухлін. Злучэнні галію валодаюць відавочнымі супрацьгрыбковымі і антыбактэрыйнымі ўласцівасцямі і, у рэшце рэшт, дасягаюць стэрылізацыі, перашкаджаючы бактэрыяльнаму метабалізму. А сплавы галію можна выкарыстоўваць для вырабу тэрмометраў, такіх як галій-індый-волаватыя тэрмометры, новы тып вадкаметалічнага сплаву, які з'яўляецца бяспечным, нетаксічным і экалагічна чыстым, і можа выкарыстоўвацца для замены таксічных ртутных тэрмометраў. Акрамя таго, пэўная доля сплаву на аснове галію замяняе традыцыйную сярэбраную амальгаму і выкарыстоўваецца ў клінічных умовах у якасці новага стаматалагічнага пломбавага матэрыялу.
3. Перспектывы
Нягледзячы на тое, што Кітай з'яўляецца адным з асноўных вытворцаў галію ў свеце, у кітайскай галіевай прамысловасці ўсё яшчэ існуе шмат праблем. З-за нізкага ўтрымання галію як мінерала-суправаджальніка прадпрыемствы па вытворчасці галію разрозненыя, а ў прамысловым ланцугу ёсць слабыя звёны. Працэс здабычы прыводзіць да сур'ёзнага забруджвання навакольнага асяроддзя, а вытворчыя магутнасці высокачыстага галію адносна слабыя, у асноўным абапіраючыся на экспарт грубага галію па нізкіх цэнах і імпарт рафінаванага галію па высокіх цэнах. Аднак з развіццём навукі і тэхналогій, паляпшэннем узроўню жыцця насельніцтва і шырокім ужываннем галію ў галіне інфармацыі і энергетыкі попыт на галій таксама будзе хутка расці. Адносна адсталыя тэхналогіі вытворчасці высокачыстага галію непазбежна будуць абмяжоўваць прамысловае развіццё Кітая. Распрацоўка новых тэхналогій мае вялікае значэнне для дасягнення высокай якасці развіцця навукі і тэхнікі ў Кітаі.
Час публікацыі: 17 мая 2023 г.