Ada sejenis logam yang sangat ajaib. Dalam kehidupan sehari-hari, logam ini muncul dalam bentuk cair seperti merkuri. Jika Anda menjatuhkannya pada kaleng, Anda akan terkejut menemukan bahwa botol tersebut menjadi rapuh seperti kertas, dan akan pecah hanya dengan ditusuk. Selain itu, menjatuhkannya pada logam seperti tembaga dan besi juga menyebabkan situasi ini, yang dapat disebut sebagai "terminator logam". Apa yang menyebabkannya memiliki karakteristik seperti itu? Hari ini kita akan memasuki dunia logam galium.
1、Elemen apa itulogam galium
Unsur galium berada pada golongan periode keempat IIIA dalam tabel periodik unsur. Titik leleh galium murni sangat rendah, hanya 29,78 ℃, tetapi titik didihnya setinggi 2204,8 ℃. Di musim panas, sebagian besarnya ada dalam bentuk cair dan dapat dicairkan jika ditaruh di telapak tangan. Dari sifat-sifat di atas, kita dapat memahami bahwa galium dapat menimbulkan korosi pada logam lain justru karena titik lelehnya yang rendah. Galium cair membentuk paduan dengan logam lain, yang merupakan fenomena ajaib yang disebutkan sebelumnya. Kandungannya di kerak bumi hanya sekitar 0,001%, dan keberadaannya baru ditemukan 140 tahun yang lalu. Pada tahun 1871, ahli kimia Rusia Mendeleev meringkas tabel periodik unsur dan meramalkan bahwa setelah seng, ada juga unsur di bawah aluminium, yang memiliki sifat yang mirip dengan aluminium dan disebut sebagai “unsur seperti aluminium”. Pada tahun 1875, ketika ilmuwan Prancis Bowabordland mempelajari hukum garis spektral unsur-unsur logam dari keluarga yang sama, ia menemukan pita cahaya aneh di sfalerit (ZnS), sehingga ia menemukan "unsur seperti aluminium" ini, dan kemudian menamakannya sesuai dengan tanah airnya Prancis (Gaul, Latin Gallia), dengan simbol Ga untuk mewakili unsur ini, sehingga galium menjadi unsur pertama yang diprediksi dalam sejarah penemuan unsur kimia, dan kemudian menemukan unsur yang dikonfirmasi dalam percobaan.
Galium terutama didistribusikan di Tiongkok, Jerman, Prancis, Australia, Kazakhstan, dan negara-negara lain di dunia. Di antaranya, cadangan sumber daya galium Tiongkok mencakup lebih dari 95% dari total dunia. Cadangan ini terutama didistribusikan di Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi, dan tempat-tempat lain [1]. Dalam hal jenis distribusi, Shanxi, Shandong, dan tempat-tempat lain sebagian besar memiliki bauksit, Yunnan, dan tempat-tempat lain memiliki bijih timah, dan Hunan serta tempat-tempat lain sebagian besar memiliki sfalerit. Pada awal penemuan logam galium, karena kurangnya penelitian yang sesuai tentang penerapannya, orang-orang selalu percaya bahwa itu adalah logam dengan kegunaan yang rendah. Namun, dengan terus berkembangnya teknologi informasi dan era energi baru dan teknologi tinggi, logam galium telah mendapat perhatian sebagai bahan penting di bidang informasi, dan permintaannya juga meningkat pesat.
2、 Bidang Aplikasi Logam Galium
1. Bidang semikonduktor
Galium terutama digunakan dalam bidang bahan semikonduktor, dengan bahan galium arsenida (GaAs) menjadi yang paling banyak digunakan dan teknologinya paling matang. Sebagai pembawa penyebaran informasi, bahan semikonduktor mencakup 80% hingga 85% dari total konsumsi galium, yang terutama digunakan dalam komunikasi nirkabel. Penguat daya galium arsenida dapat meningkatkan kecepatan transmisi komunikasi hingga 100 kali lipat dari jaringan 4G, yang dapat memainkan peran penting dalam memasuki era 5G. Selain itu, galium dapat digunakan sebagai media pembuangan panas dalam aplikasi semikonduktor karena karakteristik termalnya, titik leleh rendah, konduktivitas termal tinggi, dan kinerja aliran yang baik. Menerapkan logam galium dalam bentuk paduan berbasis galium dalam bahan antarmuka termal dapat meningkatkan kemampuan pembuangan panas dan efisiensi komponen elektronik.
2. Sel surya
Perkembangan sel surya telah beralih dari sel surya silikon monokristalin awal ke sel film tipis silikon polikristalin. Karena tingginya biaya sel film tipis silikon polikristalin, para peneliti telah menemukan sel film tipis tembaga indium galium selenium (CIGS) dalam bahan semikonduktor [3]. Sel CIGS memiliki keunggulan biaya produksi rendah, produksi batch besar, dan tingkat konversi fotolistrik tinggi, sehingga memiliki prospek pengembangan yang luas. Kedua, sel surya galium arsenida memiliki keunggulan signifikan dalam efisiensi konversi dibandingkan dengan sel film tipis yang terbuat dari bahan lain. Namun, karena tingginya biaya produksi bahan galium arsenida, saat ini mereka terutama digunakan di bidang kedirgantaraan dan militer.
3. Energi hidrogen
Dengan meningkatnya kesadaran akan krisis energi di seluruh dunia, orang-orang berusaha untuk mengganti sumber energi yang tidak terbarukan, yang menonjol adalah energi hidrogen. Namun, biaya tinggi dan keamanan rendah dari penyimpanan dan transportasi hidrogen menghambat pengembangan teknologi ini. Sebagai unsur logam yang paling melimpah di kerak bumi, aluminium dapat bereaksi dengan air untuk menghasilkan hidrogen dalam kondisi tertentu, yang merupakan bahan penyimpanan hidrogen yang ideal. Namun, karena oksidasi mudah permukaan logam aluminium untuk membentuk film aluminium oksida padat, yang menghambat reaksi, para peneliti telah menemukan bahwa logam galium titik leleh rendah dapat membentuk paduan dengan aluminium, dan galium dapat melarutkan lapisan aluminium oksida permukaan, memungkinkan reaksi berlangsung [4], dan logam galium dapat didaur ulang dan digunakan kembali. Penggunaan bahan paduan aluminium galium sangat memecahkan masalah persiapan cepat dan penyimpanan dan transportasi energi hidrogen yang aman, meningkatkan keamanan, ekonomi, dan perlindungan lingkungan.
4. Bidang medis
Galium umumnya digunakan dalam bidang medis karena sifat radiasinya yang unik, yang dapat digunakan untuk pencitraan dan penghambatan tumor ganas. Senyawa galium memiliki aktivitas antijamur dan antibakteri yang jelas, dan pada akhirnya mencapai sterilisasi dengan mengganggu metabolisme bakteri. Dan paduan galium dapat digunakan untuk membuat termometer, seperti termometer galium indium tin, jenis baru paduan logam cair yang aman, tidak beracun, dan ramah lingkungan, dan dapat digunakan untuk menggantikan termometer merkuri yang beracun. Selain itu, proporsi tertentu dari paduan berbasis galium menggantikan amalgam perak tradisional dan digunakan dalam aplikasi klinis sebagai bahan tambalan gigi baru.
3. Pandangan
Meskipun Tiongkok merupakan salah satu produsen utama galium di dunia, masih terdapat banyak masalah dalam industri galium Tiongkok. Karena kandungan galium sebagai mineral pendampingnya rendah, perusahaan-perusahaan produksi galium tersebar, dan terdapat mata rantai yang lemah dalam rantai industri. Proses penambangan memiliki pencemaran lingkungan yang serius, dan kapasitas produksi galium dengan kemurnian tinggi relatif lemah, terutama bergantung pada ekspor galium kasar dengan harga rendah dan impor galium olahan dengan harga tinggi. Namun, dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, peningkatan taraf hidup masyarakat, dan meluasnya penerapan galium di bidang informasi dan energi, permintaan galium juga akan meningkat pesat. Teknologi produksi galium dengan kemurnian tinggi yang relatif terbelakang pasti akan memiliki kendala pada pengembangan industri Tiongkok. Mengembangkan teknologi baru sangat penting untuk mencapai pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi berkualitas tinggi di Tiongkok.
Waktu posting: 17-Mei-2023