Ada sejenis logam yang sangat ajaib. Dalam kehidupan sehari-hari, ia muncul dalam bentuk cair seperti air raksa. Jika Anda menjatuhkannya ke dalam kaleng, Anda akan terkejut saat mengetahui bahwa botol tersebut menjadi rapuh seperti kertas, dan akan pecah hanya dengan ditusuk. Selain itu, menjatuhkannya pada logam seperti tembaga dan besi juga menyebabkan keadaan ini, yang dapat disebut sebagai “terminator logam”. Apa yang menyebabkannya mempunyai ciri-ciri seperti itu? Hari ini kita akan memasuki dunia logam galium.
1、Elemen apa itulogam galium
Unsur galium termasuk dalam golongan periode IIIA keempat dalam tabel periodik unsur. Titik leleh galium murni sangat rendah, hanya 29,78 ℃, namun titik didihnya mencapai 2204,8 ℃. Di musim panas, sebagian besar berbentuk cairan dan dapat meleleh jika diletakkan 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 merangkum tabel periodik unsur dan meramalkan bahwa setelah seng, ada juga unsur di bawah aluminium, yang memiliki sifat mirip dengan aluminium dan disebut “elemen mirip aluminium”. Pada tahun 1875, ketika ilmuwan Perancis Bowabordland sedang mempelajari hukum garis spektral unsur logam dari keluarga yang sama, ia menemukan pita cahaya aneh pada sfalerit (ZnS), jadi ia menemukan “elemen mirip aluminium” ini, dan kemudian menamainya dengan nama tanah airnya. Perancis (Gaul, Latin Gallia), dengan simbol Ga untuk mewakili unsur ini, sehingga galium menjadi unsur pertama yang diprediksi dalam sejarah penemuan unsur kimia, dan kemudian ditemukan unsur yang dikonfirmasi dalam percobaan.
Gallium terutama didistribusikan di Tiongkok, Jerman, Perancis, Australia, Kazakhstan dan negara-negara lain di dunia, dimana cadangan sumber daya galium Tiongkok menyumbang lebih dari 95% dari total dunia, terutama didistribusikan di Shanxi, Guizhou, Yunnan, Henan, Guangxi dan tempat lain [1]. Dari segi jenis sebarannya, Shanxi, Shandong dan tempat lain sebagian besar terdapat pada bauksit, Yunnan dan tempat lain terdapat pada bijih timah, sedangkan Hunan dan tempat lain sebagian besar terdapat pada sfalerit. Pada awal ditemukannya logam galium, karena kurangnya penelitian terkait penerapannya, masyarakat selama ini beranggapan bahwa logam tersebut merupakan logam dengan kegunaan yang rendah. Namun seiring 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 Gallium
1. Bidang semikonduktor
Gallium terutama digunakan dalam bidang bahan semikonduktor, dengan bahan gallium arsenide (GaAs) yang paling banyak digunakan dan teknologinya paling matang. Sebagai pembawa penyebaran informasi, bahan semikonduktor menyumbang 80% hingga 85% dari total konsumsi galium, terutama digunakan dalam komunikasi nirkabel. Penguat daya Gallium arsenide dapat meningkatkan kecepatan transmisi komunikasi hingga 100 kali lipat dari jaringan 4G, yang dapat berperan 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. Penerapan logam galium dalam bentuk paduan berbasis galium pada bahan antarmuka termal dapat meningkatkan kemampuan pembuangan panas dan efisiensi komponen elektronik.
2. Sel surya
Perkembangan sel surya telah berkembang dari sel surya silikon monokristalin awal menjadi sel film tipis silikon polikristalin. Karena tingginya biaya sel film tipis silikon polikristalin, para peneliti telah menemukan sel film tipis tembaga indium gallium selenium (CIGS) dalam bahan semikonduktor [3]. Sel CIGS memiliki keunggulan biaya produksi yang rendah, produksi batch yang besar, dan tingkat konversi fotolistrik yang tinggi, sehingga memiliki prospek pengembangan yang luas. Kedua, sel surya gallium arsenide memiliki keunggulan signifikan dalam efisiensi konversi dibandingkan sel film tipis yang terbuat dari bahan lain. Namun, karena tingginya biaya produksi bahan galium arsenida, bahan tersebut saat ini banyak digunakan di bidang kedirgantaraan dan militer.
3. Energi hidrogen
Dengan meningkatnya kesadaran akan krisis energi di seluruh dunia, masyarakat berupaya untuk mengganti sumber energi tak terbarukan, salah satu contohnya adalah energi hidrogen. Namun, tingginya biaya dan rendahnya keamanan 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 penyimpan hidrogen yang ideal, namun karena mudahnya oksidasi pada permukaan logam aluminium membentuk lapisan aluminium oksida yang padat. , yang menghambat reaksi, para peneliti telah menemukan bahwa logam galium dengan titik leleh rendah dapat membentuk paduan dengan aluminium, dan galium dapat melarutkan lapisan permukaan aluminium oksida, sehingga reaksi dapat dilanjutkan [4], dan logam galium dapat didaur ulang dan digunakan kembali . Penggunaan bahan paduan aluminium galium sangat memecahkan masalah persiapan yang cepat dan penyimpanan yang aman serta pengangkutan energi hidrogen, meningkatkan keselamatan, ekonomi, dan perlindungan lingkungan.
4. Bidang kedokteran
Gallium umumnya digunakan dalam bidang medis karena sifat radiasinya yang unik, yang dapat digunakan untuk pencitraan dan menghambat 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 timah galium indium, paduan logam cair jenis baru yang aman, tidak beracun, dan ramah lingkungan, serta dapat digunakan untuk menggantikan termometer air raksa yang beracun. Selain itu, sejumlah paduan berbahan dasar galium menggantikan amalgam perak tradisional dan digunakan dalam aplikasi klinis sebagai bahan tambalan gigi baru.
3[UNK] Pandangan
Meskipun Tiongkok merupakan salah satu produsen utama galium di dunia, masih banyak permasalahan dalam industri galium Tiongkok. Karena rendahnya kandungan galium sebagai mineral pendamping, perusahaan produksi galium tersebar, dan terdapat mata rantai yang lemah dalam rantai industri. Proses penambangan menimbulkan pencemaran lingkungan yang serius, dan kapasitas produksi galium dengan kemurnian tinggi relatif lemah, terutama mengandalkan ekspor galium kasar dengan harga rendah dan impor galium olahan dengan harga tinggi. Namun seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, peningkatan taraf hidup masyarakat, dan meluasnya penerapan galium di bidang informasi dan energi, kebutuhan galium juga akan meningkat pesat. Teknologi produksi galium dengan kemurnian tinggi yang relatif terbelakang pasti akan menghambat perkembangan industri Tiongkok. Mengembangkan teknologi baru sangat penting untuk mencapai pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi berkualitas tinggi di Tiongkok.
Waktu posting: 17 Mei-2023