Metal Profil: Galyum ve LED Işıklar

Galyum, oda sıcaklığına yakın eriyen ve çoğunlukla yarı iletken bileşiklerin üretiminde kullanılan aşındırıcı, gümüş renkli küçük bir metaldir.

• Atom Sembolü: Ga
• Atom Numarası: 31
• Eleman Kategorisi: Geçiş sonrası metal
• Yoğunluk: 5,91 g / cm³ (23 ° C'de)
• Erime Noktası: 29,76 ° C
• Kaynama Noktası: 2204 ° C
• Moh'un Sertliği: 1.5

Saf galyum gümüş-beyazdır ve 29.4 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda erir. Metal, 2204 ° C'ye kadar erimiş halde kalır ve tüm metal elemanların en büyük sıvı aralığını verir.

Galyum, soğudukça genişleyen ve hacim olarak% 3'ün biraz üzerinde artan birkaç metalden biridir.

Galyum diğer metallerle kolayca alaşım olmasına rağmen, aşındırıcı, çoğu metalin kafesine yayılması ve çoğu metalin zayıflatılması. Bununla birlikte, düşük erime noktası, bazı düşük erime noktalı alaşımlarda faydalı olmasını sağlar.

Aksine Merküroda sıcaklığında da sıvı olan galyum, hem cildi hem de camı ıslatır ve bu da taşınmasını zorlaştırır. Galyum neredeyse cıva kadar zehirli değildir.

1875 yılında sfalerit cevherleri incelerken Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran tarafından keşfedilen galyum, 20. yüzyılın ikinci kısmına kadar hiçbir ticari uygulamada kullanılmamıştır.

Galyum yapısal bir metal olarak çok az kullanılır, ancak birçok modern elektronik cihazdaki değeri göz ardı edilemez.

Galyumun ticari kullanımları, 1950'lerin başında başlayan ışık yayan diyotlar (LED'ler) ve III-V radyo frekansı (RF) yarı iletken teknolojisi üzerine yapılan ilk araştırmadan geliştirilmiştir.

1962'de IBM fizikçi J.B. Gunn'un galyum arsenit (GaAs) üzerine yaptığı araştırma, belirli bir akımdan geçen elektrik akımının yüksek frekanslı salınımının keşfedilmesine yol açtı yarı iletken katılar - artık 'Gunn Effect' olarak biliniyor. Bu atılım, erken askeri dedektörlerin Gunn diyotları (aynı zamanda bilinen) olarak inşa edilmesinin yolunu açtı transfer elektron cihazları), araba radar dedektörleri ve sinyal kontrolörlerinden nem içeriği detektörlerine ve hırsızlara kadar çeşitli otomatik cihazlarda kullanılan alarmlar.

GaA'lara dayanan ilk LED'ler ve lazerler 1960'ların başında RCA, GE ve IBM'deki araştırmacılar tarafından üretildi.

Başlangıçta, LED'ler sadece görünmez kızılötesi ışık dalgaları üretebiliyordu, ışıkları sensörlerle ve foto-elektronik uygulamalarla sınırlandırıyordu. Ancak enerji tasarruflu kompakt ışık kaynakları olarak potansiyelleri açıktı.

1960'ların başında, Texas Instruments ticari olarak LED'ler sunmaya başladı. 1970'lerde, saatlerde ve hesap makinesi ekranlarında kullanılan erken dijital ekran sistemleri yakında LED arka aydınlatma sistemleri kullanılarak geliştirildi.

1970'lerde ve 1980'lerde yapılacak daha fazla araştırma, LED teknolojisini daha güvenilir ve uygun maliyetli hale getirerek daha verimli biriktirme teknikleriyle sonuçlandı. Galyum-alüminyum-arsenik (GaAlAs) yarı iletken bileşiklerinin geliştirilmesi, öncekinden on kat daha parlak olan LED'lerle sonuçlanırken, renk spektrumu LEDİndiyum-galyum-nitrür (InGaN), galyum-arsenid-fosfit (GaAsP) ve galyum-fosfit (GaP) gibi galyum içeren yarı iletken substratlara da dayanmaktadır.

1960'ların sonlarına doğru, GaAs iletken özellikleri de uzay araştırmaları için güneş enerjisi kaynaklarının bir parçası olarak araştırılıyordu. 1970 yılında, bir Sovyet araştırma ekibi ilk GaAs heteroyapı güneş pillerini yarattı.

Optoelektronik cihazların ve entegre devrelerin (IC'ler) üretimi için kritik öneme sahip, GaAs gofretlerine talep geç saatlerde arttı Mobil iletişim ve alternatif enerjinin gelişimi ile ilişkili olarak 1990'lar ve 21. yüzyılın başı teknolojiler.

Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu artan talebe yanıt olarak, 2000 ve 2011 yılları arasında küresel birincil galyum üretimi yılda yaklaşık 100 metrik tondan (MT) iki kattan fazla 300MT'nin üzerine çıktı.

Yerkabuğundaki ortalama galyum içeriğinin milyonda yaklaşık 15 parça olduğu, yaklaşık lityuma benzediği ve daha yaygın olduğu tahmin edilmektedir. öncülük etmek. Bununla birlikte, metal, geniş ölçüde dağılmaktadır ve ekonomik olarak ekstrakte edilebilir birkaç cevher kütlesinde mevcuttur.

Üretilen tüm birincil galyumun% 90 kadarı şu anda bir öncü olan alüminanın (Al2O3) rafine edilmesi sırasında boksitten çıkarılmaktadır. alüminyum. Az miktarda galyum, çinko sfalerit cevherinin rafine edilmesi sırasında ekstraksiyon.

Bayer alüminyum cevherinin alüminaya rafine edilmesi işlemi sırasında, ezilmiş cevher sıcak bir sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi ile yıkanır. Bu, alümini, şimdi galyum içeren sodyum hidroksit likörü yeniden kullanım için toplanırken, tanklara yerleşen sodyum alüminata dönüştürür.

Bu likör geri dönüştürüldüğünden, galyum içeriği her döngüden sonra yaklaşık 100-125 ppm seviyesine ulaşana kadar artar. Karışım daha sonra alınabilir ve organik kenetleme maddeleri kullanılarak çözücü ekstraksiyonu yoluyla gallat olarak konsantre edilebilir.

Elektrolitik bir banyoda 40-60 ° C (104-140 ° F) sıcaklıklarda, sodyum gallat saf olmayan galyum'a dönüştürülür. Asit içinde yıkandıktan sonra, bu% 99.9-99.99 galyum metali oluşturmak için gözenekli seramik veya cam plakalardan süzülebilir.

% 99,99, GaAs uygulamaları için standart öncü sınıftır, ancak yeni kullanımlar, daha yüksek saflık gerektirir. uçucu elementleri veya elektrokimyasal saflaştırma ve fraksiyonel kristalleşmeyi gidermek için metali vakum altında ısıtmak yöntemleri.

Son on yılda, dünyanın birincil galyum üretiminin çoğu, şimdi dünya galyumunun yaklaşık% 70'ini tedarik eden Çin'e taşındı. Diğer birincil üretici ülkeler arasında Ukrayna ve Kazakistan bulunmaktadır.

Yıllık galyum üretiminin yaklaşık% 30'u hurda ve GaAs içeren IC gofretler gibi geri dönüştürülebilir malzemelerden elde edilmektedir. Galyumun geri dönüşümünün çoğu Japonya, Kuzey Amerika ve Avrupa'da gerçekleşir.

Birleşik Devletler Jeoloji Araştırmaları 2011 yılında 310MT rafine galyum üretildiğini tahmin ediyor.

Dünyanın en büyük üreticileri arasında Zhuhai Fangyuan, Pekin Jiya Yarıiletken Malzemeleri ve Recapture Metals Ltd.

Alaşımlı galyum korozyona uğramaya veya çelik kırılgan. Bu özellik, son derece düşük erime sıcaklığı ile birlikte, galyumun yapısal uygulamalarda çok az kullanıldığı anlamına gelir.

Metalik formunda galyum, lehimlerde ve düşük erime noktalı alaşımlarda kullanılır. Galinstan®, ancak çoğunlukla yarı iletken malzemelerde bulunur.

Galyum'un ana uygulamaları beş gruba ayrılabilir:

1. Yarı iletkenler: Yıllık galyum tüketiminin yaklaşık% 70'ini oluşturan GaAs gofretleri, birçok modern elektronikin belkemiğidir akıllı telefonlar ve diğer kablosuz iletişim cihazları gibi cihazların güç tasarrufu ve amplifikasyon yeteneğine güvenen cihazlar GaAs IC'leri.

2. Işık Yayan Diyotlar (LED'ler) 2010 yılından bu yana, mobil ve düz ekranlı ekranlarda yüksek parlaklıkta LED'lerin kullanılması nedeniyle LED sektöründen gelen küresel galyum talebinin iki katına çıktığı bildiriliyor. Daha fazla enerji verimliliğine yönelik küresel hareket, akkor ve kompakt floresan aydınlatma üzerinde LED aydınlatmanın kullanımı için devlet desteğine de yol açtı.

3. Güneş enerjisi: Galyum'un güneş enerjisi uygulamalarında kullanımı iki teknolojiye odaklanmıştır:

• GaAs yoğunlaştırıcı güneş pilleri
• Kadmiyum-indiyum-galyum-selenid (CIGS) ince film güneş pilleri

Yüksek verimli fotovoltaik hücreler olarak, her iki teknoloji de uzmanlaşmış özellikle havacılık ve askeri alanlarla ilgili olmakla birlikte, büyük ölçekli engellerle karşı karşıya ticari kullanım.

4. Manyetik malzemeler: Yüksek mukavemetli, kalıcı mıknatıslar bilgisayarlar, hibrid otomobiller, rüzgar türbinleri ve diğer çeşitli elektronik ve otomatik ekipmanların önemli bir bileşenidir. Neodimyum dahil bazı kalıcı mıknatıslarda küçük galyum ilaveleri kullanılır.Demir-bor (NdFeB) mıknatıslar.

5. Diğer uygulamalar:

• Özel alaşımlar ve lehimler
• Islatıcı aynalar
• Nükleer stabilizatör olarak plütonyum ile
• Nikel-manganez-galyum şekli bellek alaşımı
• Petrol katalizörü
• Farmasötikler (galyum nitrat) dahil olmak üzere biyomedikal uygulamalar
• fosforlar
• Nötrino tespiti

_Kaynaklar:

_{Softpedia. LED'lerin Tarihçesi (Işık Yayan Diyotlar).}

_{Kaynak: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html}

_{Anthony John Downs, (1993), "Alüminyum, Galyum, İndiyum ve Talyum Kimyası." Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5}

_{Barratt, Curtis A. "III-V Yarıiletkenler, RF Uygulamalarında Bir Tarih." ECS Trans. 2009, Cilt 19, Sayı 3, Sayfa 79-84.}

_{Schubert, E. Fred. Işık yayan diyotlar. Rensselaer Politeknik Enstitüsü, New York. Mayıs 2003.}

_{USGS. Maden Emtia Özetleri: Galyum.}

_{Kaynak: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html}

_{SM Raporu. Yan Ürün Metalleri: Alüminyum-Galyum İlişkisi.}

_{URL: www.strategic-metal.typepad.com}