Wprowadzenie do aplikacji
Obecnie obszary zużycia galu metalicznego w moim kraju obejmują półprzewodniki i materiały optoelektroniczne, ogniwa słoneczne, stopy, sprzęt medyczny, materiały magnetyczne itp. Wśród nich przemysł półprzewodników stał się największym obszarem zużycia galu, odpowiadając za około 80% całkowitego zużycia. Wraz z szybkim rozwojem dalszych gałęzi przemysłu, w których wykorzystuje się gal, zwłaszcza półprzewodników i ogniw słonecznych, w przyszłości zapotrzebowanie na gal metaliczny również będzie stale rosło.
Pole półprzewodnikowe
W dziedzinie materiałów półprzewodnikowych arsenek galu (GaAs) jest najczęściej stosowanym materiałem, a technologia jest najbardziej zaawansowana. Materiały półprzewodnikowe służą jako nośniki rozpowszechniania informacji, a wykorzystanie galu w nich stanowi od 80% do 85% całkowitego zużycia galu. Stosowane głównie w dziedzinie komunikacji bezprzewodowej wzmacniacze mocy z arsenku galu mogą zwiększyć prędkość transmisji komunikacyjnej do 100 razy większą niż w sieciach 4G, odgrywając ważną rolę w wejściu w erę 5G [2]. Ze względu na swoje właściwości termiczne, niską temperaturę topnienia, wysoką przewodność cieplną i dobre właściwości płynięcia gal może być stosowany jako środek rozpraszający ciepło w zastosowaniach półprzewodnikowych. Gal metaliczny jest stosowany w materiałach interfejsu termicznego w postaci stopu na bazie galu. Może poprawić zdolność odprowadzania ciepła i wydajność elementów elektronicznych.
Bateria słoneczna
Doświadczenia w zakresie rozwoju ogniw słonecznych ewoluowały od wczesnych ogniw słonecznych z krzemu monokrystalicznego do ogniw cienkowarstwowych z krzemu polikrystalicznego. Ze względu na wysoki koszt cienkowarstwowych ogniw z krzemu polikrystalicznego badacze odkryli wśród materiałów półprzewodnikowych cienkowarstwowe ogniwa z selenku miedzi, indu i galu (CIGS) [3]. Baterie CIGS charakteryzują się niskimi kosztami produkcji, możliwością produkcji w dużych partiach oraz wysokimi współczynnikami konwersji fotoelektrycznej, dzięki czemu mają szerokie perspektywy rozwoju. Po drugie, wydajność konwersji ogniw słonecznych do koncentratorów arsenku galu ma oczywistą przewagę nad ogniwami cienkowarstwowymi wykonanymi z innych materiałów. Jednak ze względu na wysokie koszty produkcji materiałów z arsenku galu, obecnie stosuje się go głównie w przemyśle lotniczym i wojskowym.
Energia wodorowa
W miarę wzrostu świadomości kryzysu energetycznego na całym świecie, ludzie dążą do zastąpienia nieodnawialnych źródeł energii, wśród których wyróżnia się energia wodorowa. Jednak wysoki koszt i niski poziom bezpieczeństwa magazynowania i transportu wodoru utrudniają rozwój tej technologii. Aluminium jako Najobficiej występujący pierwiastek metaliczny w skorupie ziemskiej, w pewnych warunkach może reagować z wodą, tworząc wodór. Jest idealnym materiałem do magazynowania wodoru. Jednakże powierzchnia metalicznego aluminium łatwo ulega utlenieniu, tworząc gęstą warstwę tlenku glinu, która hamuje reakcję. Według badaczy stwierdzono, że metaliczny gal o niskiej temperaturze topnienia jest stopowany z aluminium, a gal może rozpuścić powłokę tlenku glinu na powierzchni, umożliwiając przebieg reakcji [4], a metaliczny gal można poddać recyklingowi i używać wielokrotnie . Zastosowanie materiałów ze stopów aluminium i galu w znacznym stopniu rozwiązuje problem szybkiego przygotowania, bezpiecznego przechowywania i transportu energii wodorowej oraz poprawia bezpieczeństwo, ekonomię i ochronę środowiska.
dziedzina medycyny
Gal jest najczęściej stosowany w medycynie ze względu na jego unikalne właściwości radioaktywne, które można wykorzystać do obrazowania i hamowania nowotworów złośliwych [5]. Związki galu mają oczywiste działanie przeciwgrzybicze i przeciwbakteryjne, a ostatecznie osiągają cel sterylizacji poprzez zakłócanie metabolizmu bakterii. Stopy galu można stosować do produkcji termometrów, takich jak termometry cynowo-galowo-indowe – nowy rodzaj ciekłego stopu metalu, który jest bezpieczny, nietoksyczny i przyjazny dla środowiska i może być stosowany do zastąpienia toksycznych termometrów rtęciowych. Ponadto pewna część stopów na bazie galu zastępuje tradycyjny amalgamat i jest stosowana jako nowe materiały do wypełnień stomatologicznych do zastosowań klinicznych.
Pole stopowe
Gal i ind, tal, cyna, bizmut, cynk itp. mogą tworzyć szereg niskotopliwych stopów o temperaturze od 3 do 65 stopni, które są używane do pomiaru i kontroli temperatury, substytutów rtęci w instrumentach, wspomagania operacji ustawiania kulek, i powłoki metalowe. obiegi chłodnicze w przemyśle warstwowym, elektronicznym i nuklearnym. Na przykład stop galu zawierający 25% indu jest stopem o niskiej temperaturze topnienia, który topi się w temperaturze 16 stopni i może być stosowany w automatycznych urządzeniach gaśniczych. Gal i miedź, nikiel, cyna, złoto itp. mogą tworzyć zimny topnik, który jest odpowiedni do cienkich ścianek o specjalnych kształtach, które są trudne do spawania, spawania na zimno i zatykania wnęk pomiędzy metalami oraz pomiędzy metalami i ceramiką.
Inne zastosowania
W przemyśle energii atomowej gal może być stosowany jako materiał przewodzący ciepło do odprowadzania ciepła z reaktorów. Ponadto gal może również absorbować neutrony, kontrolując w ten sposób liczbę neutronów i szybkość reakcji.
Jodek galu jest stosowany w wysokoprężnych lampach rtęciowych, galu można również używać do produkcji lamp katodowych. Dodanie jodku galu do wysokociśnieniowej lampy rtęciowej może zwiększyć intensywność promieniowania lampy rtęciowej.
Ponieważ gal ma właściwość „kurczenia się pod wpływem ciepła i rozszerzania na zimno”, ma dobrą lejność i może być używany do wytwarzania stopów typu ołowiu, aby czcionki były przejrzyste.
Gal ma bardzo niską prężność pary i może być stosowany jako płyn uszczelniający w urządzeniach próżniowych.