โลหะขนาดเล็กที่ช่วยให้ไฟ LED ส่องสว่าง
คุณสมบัติ:
- สัญลักษณ์อะตอม: Ga
- จำนวนอะตอม: 31
- หมวดหมู่: โลหะโพสต์การเปลี่ยนแปลง
- ความหนาแน่น: 5.91 g / cm³ (ที่ 73 ° F / 23 ° C)
- จุดหลอมเหลว: 85.58 ° F (29.76 ° C)
- จุดเดือด: 3999 ° F (2204 ° C)
- ความแข็งของ Moh: 1.5
ลักษณะ:
แกลเลียมบริสุทธิ์เป็นสีเงินขาวและละลายที่อุณหภูมิต่ำกว่า 85 ° F (29.4 ° C)
โลหะยังคงอยู่ในสถานะที่หลอมละลายได้ถึงเกือบ 4000 ° F (2204 ° C) ทำให้เป็นช่วงของเหลวที่ใหญ่ที่สุดของธาตุโลหะทั้งหมด
แกลเลียมเป็นหนึ่งในโลหะเพียงไม่กี่ชนิดที่ขยายตัวเมื่ออุณหภูมิลดลงโดยเพิ่มขึ้นเพียงร้อยละ 3 เท่านั้น
แม้ว่าแกลเลียมจะหลอมโลหะอื่น ๆ ได้ง่าย แต่ก็มี ฤทธิ์กัดกร่อน กระจายไปสู่ตาข่ายและทำให้โลหะส่วนใหญ่อ่อนลง จุดหลอมเหลวต่ำของมันทำให้มีประโยชน์ในโลหะผสมที่ละลายในระดับต่ำบางชนิด
เมื่อเทียบกับ ปรอท ซึ่งเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องแกลเลียมจะทำให้ผิวและกระจกแตกตัว แกลเลียมไม่เป็นพิษเกือบเท่ากับปรอท
ประวัติความเป็นมา:
ค้นพบในปี ค.ศ. 1875 โดย Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran ในขณะที่ตรวจสอบแร่แร่ sphalerite แกลเลียมไม่ได้ถูกใช้ในเชิงการค้าจนถึงปลายศตวรรษที่ 20
แกลเลียมมีน้อยใช้เป็นโครงสร้างโลหะ แต่ค่าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยจำนวนมากไม่สามารถ understated
การใช้แกลเลียมทางการค้าที่พัฒนาขึ้นจากงานวิจัยเบื้องต้นเกี่ยวกับไดโอดเปล่งแสง (LEDs) และเทคโนโลยีคลื่นความถี่วิทยุความถี่วิทยุ RF (RF) III-V ซึ่งเริ่มขึ้นในช่วงปี 1950
ในปี ค.ศ. 1962 นักฟิสิกส์ของ IBM JB Gunn ได้ค้นคว้าเกี่ยวกับแกลเลียม arsenide (GaAs) นำไปสู่การค้นพบการสั่นของความถี่สูงของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารกึ่งตัวนำบางชนิดซึ่งบัดนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ 'Gunn Effect' ความก้าวหน้าครั้งนี้เป็นการปูทางให้เครื่องตรวจจับทหารในยุคแรก ๆ ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไดโอด Gunn (หรือที่เรียกว่าอุปกรณ์ถ่ายโอนอิเล็กตรอน) ซึ่งถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์อัตโนมัติต่างๆตั้งแต่เครื่องตรวจจับเรดาร์และตัวควบคุมสัญญาณไปยังเครื่องตรวจจับความชื้นและสัญญาณกันขโมย
ไฟ LED และเลเซอร์ตัวแรกที่อิงกับ GaAs ถูกผลิตโดยนักวิจัยที่ RCA, GE และ IBM ในช่วงต้นทศวรรษ 1960
ในตอนแรก LED สามารถสร้างแสงอินฟราเรดที่ไม่สามารถมองเห็นได้โดย จำกัด ไฟให้เซ็นเซอร์และแอพพลิเคชันภาพถ่ายอิเล็กทรอนิกส์ แต่ศักยภาพของพวกเขาเป็นแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพพลังงานที่มีขนาดกะทัดรัดเป็นที่ประจักษ์
ในช่วงต้นทศวรรษที่ 1960 Texas Instruments ได้เริ่มนำเสนอ LEDs ในเชิงพาณิชย์ ในช่วงทศวรรษ 1970 ระบบจอภาพดิจิตอลตอนต้นที่ใช้ในนาฬิกาและเครื่องคิดเลขได้ถูกพัฒนาขึ้นโดยใช้ระบบแบ็คไลท์ LED
การวิจัยเพิ่มเติมในทศวรรษที่ 1970 และ 1980 ทำให้มีเทคนิคการสะสมตัวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นทำให้เทคโนโลยี LED มีความน่าเชื่อถือและคุ้มค่ามากขึ้น การพัฒนาส่วนผสมสารกึ่งตัวนำของแกลเลียมอลูมิเนียม - สารหนู (GaAlAs) ส่งผลให้ LEDs สว่างขึ้นกว่าครั้งก่อนถึงสิบเท่าในขณะที่สเปกตรัมสีที่มีให้กับ LEDs ก็สูงขึ้นอยู่กับสารตัวกลางที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีแกลเลเนียมใหม่เช่นอินเดียม - แกลเลียมไนไตรด์ (InGaN) แกลเลียม arsenide phosphide (GaAsP) และแกลเลียมฟอสเฟอร์ (GaP)
ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1960 สารานุกรมของ GaAs ยังถูกค้นคว้าเป็นส่วนหนึ่งของแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการสำรวจอวกาศด้วย ในปี 1970 ทีมวิจัยโซเวียตได้สร้างเซลล์สุริยคติแบบ GaAs แห่งแรกขึ้น
ความสำคัญของการผลิตอุปกรณ์ optoelectronic และวงจรรวมความต้องการแผ่นเวเฟอร์ของ GaAs เพิ่มสูงขึ้นในปลายทศวรรษที่ 1990 และจุดเริ่มต้นของศตวรรษที่ 21 ในความสัมพันธ์กับการพัฒนาด้านการสื่อสารเคลื่อนที่และเทคโนโลยีพลังงานทดแทน
ไม่น่าแปลกใจเลยว่าในการตอบสนองต่อความต้องการที่เพิ่มขึ้นนี้การผลิตแกลเลียมหลักของโลกในปี 2543 ถึง 2554 จะเพิ่มขึ้นกว่าเท่าตัวจากประมาณ 100 เมตริกตันต่อปีเป็นมากกว่า 300 เมตริกตัน
การผลิต:
ปริมาณแกลเลียมเฉลี่ยในเปลือกโลกจะประมาณ 15 ส่วนต่อล้านใกล้เคียงกับลิเทียมและมากกว่า ตะกั่ว อย่างไรก็ตามโลหะมีการกระจายตัวและอยู่ในร่างกายแร่ที่สกัดได้ไม่มากนัก
ขณะนี้มีการผลิตแกลเลียมเหลือ 90% ของแร่ธาตุอะลูมิเนียมทั้งหมดในระหว่างการกลั่นของอลูมินา (Al2O3) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับ อลูมิเนียม
แกลเลียมเป็นจำนวนน้อยที่ผลิตเป็นผลพลอยได้จากการสกัด สังกะสี ระหว่างการกลั่นแร่ sphalerite
ในกระบวนการไบเออร์การกลั่นแร่อลูมิเนียมไปยังอลูมินาแร่ที่บดแล้วจะถูกล้างด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ที่ร้อนจัด นี้จะแปลงอลูมินากับ aluminate โซเดียมซึ่ง settles ในถังขณะที่โซเดียมไฮดรอกไซด์สุราที่มีอยู่ในปัจจุบันนี้มีการเก็บรวบรวมแกลเลียมสำหรับการใช้งานใหม่
เนื่องจากแอลกอฮอล์นี้ถูกนำมารีไซเคิลปริมาณแกลเลียมจะเพิ่มขึ้นหลังจากแต่ละรอบจนกระทั่งถึงระดับประมาณ 100-125 แผ่นต่อนาที จากนั้นจึงนำส่วนผสมที่ผ่านการสกัดด้วยตัวทำละลายมาใช้เป็นสารแกลเลตโดยใช้สารประกอบ chelating อินทรีย์
ในห้องอาบน้ำไฟฟ้าที่อุณหภูมิ 104-140 องศาฟาเรนไฮต์ (40-60 องศาเซลเซียส) โซเดียมแกลเลียมจะถูกเปลี่ยนเป็นแกลเลียมที่ไม่บริสุทธิ์ หลังจากล้างด้วยกรดแล้วสามารถกรองผ่านเซรามิคหรือแผ่นแก้วที่มีรูพรุนเพื่อสร้างโลหะแกลเลียม 99.9-99.99%
99.99% เป็นเกรดของสารตั้งต้นมาตรฐานสำหรับการใช้งาน GaAs แต่การใช้งานใหม่ต้องมีความบริสุทธิ์สูงกว่าที่สามารถทำได้โดยการให้ความร้อนแก่โลหะภายใต้สูญญากาศเพื่อขจัดองค์ประกอบระเหยหรือการทำให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีทางเคมีไฟฟ้าและวิธีการตกผลึกแบบเศษส่วน
ในช่วงสิบปีที่ผ่านมาการผลิตแกลเลียมหลักส่วนใหญ่ของโลกได้ย้ายไปอยู่ที่ประเทศจีนซึ่งขณะนี้มีการใช้แกลเลียมประมาณ 70% ของโลก ประเทศที่ผลิตหลักอื่น ๆ ได้แก่ ยูเครนและคาซัคสถาน
ประมาณ 30% ของการผลิตแกลเลียมประจำปีจะถูกสกัดจากเศษวัสดุรีไซเคิลเช่นแผ่นเวเฟอร์ IC ที่มี GaAs การรีไซเคิลแกลเลียมส่วนใหญ่เกิดขึ้นในญี่ปุ่นอเมริกาเหนือและยุโรป
การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐประเมินว่าแกลเลียมที่ผ่านการกลั่นได้ผลิตออกมาในปีพ. ศ. 2554
ผู้ผลิตรายใหญ่ที่สุดในโลก ได้แก่ Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials และ Recapture Metals Ltd.
การใช้งาน:
เมื่อแกลลอนที่มีส่วนผสมมีแนวโน้มที่จะกัดกร่อนหรือทำโลหะเช่น เหล็ก เปราะ ลักษณะนี้พร้อมกับอุณหภูมิหลอมละลายต่ำมากหมายความว่าแกลเลียมมีน้อยในการใช้งานโครงสร้าง
ในรูปแบบโลหะแกลเลียมใช้ในตัวทำละลายและโลหะผสมที่มีส่วนผสมหลอมต่ำเช่น Galinstan ® แต่ส่วนใหญ่มักพบในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์
การใช้งานหลักของแกลเลียมสามารถแบ่งได้เป็น 5 กลุ่มคือ
1. เซมิคอนดักเตอร์: คิดเป็นสัดส่วนประมาณ 70% ของการบริโภคแกลเลียมประจำปีเวเฟอร์ GaAs เป็นแกนนำของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยหลายอย่างเช่นสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์สื่อสารไร้สายอื่น ๆ ที่พึ่งพาการประหยัดพลังงานและความสามารถในการขยายตัวของ GaAs ICs
2. ไดโอดเปล่งแสง (Light Emitting Diodes: LEDs): ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2553 ความต้องการแกลเลียมจากเซกเมนต์ LED ได้เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเนื่องจากมี LED ความสว่างสูงในหน้าจอแสดงผลแบบจอแบนและโมบาย การเคลื่อนไหวทั่วโลกไปสู่ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่มากขึ้นได้นำไปสู่การสนับสนุนของรัฐบาลในการใช้แสง LED มากกว่าหลอดนีออนและหลอดฟลูออเรสเซนต์
3. พลังงานแสงอาทิตย์: การใช้แกลเลียมในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์มุ่งเน้นไปที่สองเทคโนโลยี:
- GaAs concentrator เซลล์แสงอาทิตย์
- แคดเมียม - อินเดียน - แกลเลียม - เซเลนไฮด์ (CIGS) เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบาง
เนื่องจากเซลล์สุริยะที่มีประสิทธิภาพสูงเทคโนโลยีทั้งสองประสบความสำเร็จในการประยุกต์ใช้เฉพาะด้านโดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการบินและอวกาศและทางทหาร แต่ก็ยังคงเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานในเชิงพาณิชย์เป็นจำนวนมาก
4. วัสดุแม่เหล็ก: ความแข็งแรงสูง แม่เหล็ก ถาวรเป็นส่วนประกอบสำคัญของคอมพิวเตอร์รถยนต์ไฮบริดกังหันลมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอัตโนมัติอื่น ๆ แกลเลียมขนาดเล็กที่ใช้ในแม่เหล็กถาวรบางชนิดรวมถึงแม่เหล็กชนิดนีโอไดเมียม - เหล็ก - โบรอน (NdFeB)
5. โปรแกรมอื่น ๆ :
- อัลลอยด์และโลหะผสมชนิดพิเศษ
- กระจกเปียก
- พลูโตเนียมเป็นเครื่องป้องกันนิวเคลียร์
- โลหะผสม นิกเกิล - แมงกานีส - แกลเลียม
- ตัวเร่งปฏิกิริยาปิโตรเลียม
- โปรแกรมชีวการแพทย์รวมถึงยา (แกลเลียมไนเตรต)
- สารเรืองแสง
- Neutrino detection
แหล่งที่มา:
Softpedia ประวัติของ LED (ไดโอดเปล่งแสง)
แหล่งที่มา: https://web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "เคมีอลูมิเนียมแกลเลียมอินเดียมและแทลเลียม" Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V Semiconductors ประวัติความเป็นมาในการใช้งาน RF" ECS Trans 2009, เล่มที่ 19, ฉบับที่ 3, หน้า 79-84
Schubert, E. Fred ไดโอดเปล่งแสง Rensselaer Polytechnic Institute, New York พฤษภาคม 2003
USGS บทสรุปโภคภัณฑ์แร่: แกลเลียม
ที่มา: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
รายงาน SM โลหะโดยผลิตภัณฑ์: ความสัมพันธ์ระหว่างอลูมิเนียม - แกลเลียม
URL: www.strategic-metal.typepad.com