Το γάλλιο χρήσεις και περιοχές εφαρμογής

Στον τομέα των υλικών ημιαγωγών, το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs) είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό και η τεχνολογία είναι η πιο ώριμη. Τα υλικά ημιαγωγών χρησιμεύουν ως φορείς διάδοσης πληροφοριών και η χρήση του γαλλίου αντιπροσωπεύει το 80% έως 85% της συνολικής κατανάλωσης γαλλίου. Χρησιμοποιούμενοι κυρίως στον τομέα των ασύρματων επικοινωνιών, οι ενισχυτές ισχύος αρσενιδίου του γαλλίου μπορούν να αυξήσουν τις ταχύτητες μετάδοσης της επικοινωνίας έως και 100 φορές από αυτές των δικτύων 4G, παίζοντας σημαντικό ρόλο στην είσοδο στην εποχή του 5G [2]. Και λόγω των θερμικών ιδιοτήτων του, του χαμηλού σημείου τήξης, της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και των καλών ιδιοτήτων ροής του, το γάλλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο απαγωγής θερμότητας σε εφαρμογές ημιαγωγών. Το μέταλλο γάλλιο χρησιμοποιείται σε υλικά θερμικής διεπαφής με τη μορφή κράματος με βάση το γάλλιο. Μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα απαγωγής θερμότητας και την απόδοση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

Η εμπειρία ανάπτυξης των ηλιακών κυψελών έχει εξελιχθεί από τα πρώιμα ηλιακά κύτταρα μονοκρυσταλλικού πυριτίου σε κυψέλες λεπτής μεμβράνης πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Λόγω του υψηλού κόστους των κυψελών λεπτής μεμβράνης πολυκρυσταλλικού πυριτίου, οι ερευνητές ανακάλυψαν κύτταρα λεπτής μεμβράνης χαλκού ινδίου σεληνιούχου γαλλίου (CIGS) ανάμεσα σε υλικά ημιαγωγών [3]. Οι μπαταρίες CIGS έχουν τα πλεονεκτήματα του χαμηλού κόστους παραγωγής, της δυνατότητας παραγωγής σε μεγάλες παρτίδες και των υψηλών φωτοηλεκτρικών ρυθμών μετατροπής, επομένως έχουν ευρείες προοπτικές ανάπτυξης. Δεύτερον, η απόδοση μετατροπής των ηλιακών κυψελών συμπυκνωτή αρσενιδίου γαλλίου έχει προφανή πλεονεκτήματα έναντι των κυψελών λεπτής μεμβράνης από άλλα υλικά. Ωστόσο, λόγω του υψηλού κόστους παραγωγής των υλικών αρσενιούχου γαλλίου, αυτή τη στιγμή χρησιμοποιείται κυρίως στον αεροδιαστημικό και στρατιωτικό τομέα.

Καθώς η ευαισθητοποίηση για την ενεργειακή κρίση αυξάνεται σε όλο τον κόσμο, οι άνθρωποι επιδιώκουν να αντικαταστήσουν τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μεταξύ των οποίων ξεχωρίζει η ενέργεια του υδρογόνου. Ωστόσο, το υψηλό κόστος και η χαμηλή ασφάλεια αποθήκευσης και μεταφοράς υδρογόνου εμποδίζουν την ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας. Το αλουμίνιο ως Το πιο άφθονο μεταλλικό στοιχείο στον φλοιό της γης μπορεί να αντιδράσει με το νερό για να παράγει υδρογόνο υπό ορισμένες συνθήκες. Είναι ιδανικό υλικό αποθήκευσης υδρογόνου. Ωστόσο, η επιφάνεια του μεταλλικού αλουμινίου οξειδώνεται εύκολα για να σχηματίσει ένα πυκνό φιλμ οξειδίου του αλουμινίου, το οποίο αναστέλλει την αντίδραση. Σύμφωνα με ερευνητές, βρέθηκε ότι το μεταλλικό γάλλιο με χαμηλό σημείο τήξης είναι κράμα με αλουμίνιο και το γάλλιο μπορεί να διαλύσει την επικάλυψη οξειδίου του αλουμινίου στην επιφάνεια, επιτρέποντας την εξέλιξη της αντίδρασης [4] και το μεταλλικό γάλλιο μπορεί να ανακυκλωθεί και να χρησιμοποιηθεί επανειλημμένα . Η χρήση υλικών από κράμα αλουμινίου γαλλίου λύνει σε μεγάλο βαθμό το πρόβλημα της ταχείας προετοιμασίας, της ασφαλούς αποθήκευσης και μεταφοράς ενέργειας υδρογόνου και βελτιώνει την ασφάλεια, την οικονομία και την προστασία του περιβάλλοντος.

Το γάλλιο χρησιμοποιείται κυρίως στον ιατρικό τομέα λόγω των μοναδικών ραδιενεργών ιδιοτήτων του, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απεικόνιση και την αναστολή κακοήθων όγκων [5]. Οι ενώσεις του γαλλίου έχουν εμφανείς αντιμυκητιακές και αντιβακτηριακές δράσεις και τελικά επιτυγχάνουν τον σκοπό της αποστείρωσης παρεμβαίνοντας στον βακτηριακό μεταβολισμό. Και τα κράματα γαλλίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή θερμόμετρων, όπως θερμόμετρα γαλλίου ινδίου από κασσίτερο, ένα νέο είδος υγρού κράματος μετάλλων που είναι ασφαλές, μη τοξικό και φιλικό προς το περιβάλλον και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αντικατάσταση των τοξικών θερμομέτρων υδραργύρου. Επιπλέον, ένα ορισμένο ποσοστό κραμάτων με βάση το γάλλιο αντικαθιστά το παραδοσιακό αμάλγαμα και χρησιμοποιούνται ως νέα υλικά οδοντικής πλήρωσης για κλινικές εφαρμογές.

Το γάλλιο και το ίνδιο, το θάλλιο, ο κασσίτερος, το βισμούθιο, ο ψευδάργυρος κ.λπ. μπορούν να σχηματίσουν μια σειρά από κράματα χαμηλής τήξης μεταξύ 3 βαθμών και 65 βαθμών, τα οποία χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση και τον έλεγχο της θερμοκρασίας, υποκατάστατα υδραργύρου σε όργανα, στηρίγματα σε εργασίες ρύθμισης σφαιριδίων, και μεταλλικές επιστρώσεις. κυκλώματα ψύξης στη στρώση, ηλεκτρονικές και πυρηνικές βιομηχανίες. Για παράδειγμα, το κράμα γαλλίου που περιέχει 25% ίνδιο είναι ένα κράμα χαμηλού σημείου τήξης που λιώνει στους 16 βαθμούς και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αυτόματες συσκευές πυρόσβεσης. Το γάλλιο και ο χαλκός, το νικέλιο, ο κασσίτερος, ο χρυσός κ.λπ. μπορούν να σχηματίσουν μια ψυχρή ροή, η οποία είναι κατάλληλη για λεπτά τοιχώματα ειδικού σχήματος που είναι δύσκολο να συγκολληθούν, ψυχρή συγκόλληση και απόφραξη κοιλότητας μεταξύ μετάλλων και μεταξύ μετάλλων και κεραμικών.

Στη βιομηχανία ατομικής ενέργειας, το γάλλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θερμικά αγώγιμο υλικό για τη μεταφορά θερμότητας από τους αντιδραστήρες. Επιπλέον, το γάλλιο μπορεί επίσης να απορροφήσει νετρόνια, ελέγχοντας έτσι τον αριθμό των νετρονίων και την ταχύτητα της αντίδρασης.
Το ιωδιούχο γάλλιο χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες υδραργύρου υψηλής πίεσης και το γάλλιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή λαμπτήρων ατμού καθόδου. Η προσθήκη ιωδιούχου γαλλίου σε μια λάμπα υδραργύρου υψηλής πίεσης μπορεί να αυξήσει την ένταση ακτινοβολίας της λάμπας υδραργύρου.
Επειδή το γάλλιο έχει την ιδιότητα της "θερμικής συστολής και ψυχρής διαστολής", έχει καλή ικανότητα χύτευσης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κραμάτων τύπου μολύβδου για να γίνουν καθαρές οι γραμματοσειρές.
Το γάλλιο έχει πολύ χαμηλή τάση ατμών και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υγρό στεγανοποίησης σε συσκευές κενού.