帮助LED灯的次要金属亮丽
属性:
- 原子符号:Ga
- 原子序数:31
- 元素类别:后过渡金属
- 密度:5.91克/厘米3(在73°F / 23℃)
- 熔点:85.58℉(29.76℃)
- 沸点:3999°F(2204°C)
- 莫氏硬度:1.5
特点:
纯镓是银白色的,在温度低于85°F(29.4°C)时熔化。
金属保持熔化状态,接近4000°F(2204°C),是所有金属元素的最大液体范围。
镓是仅有的几种随着冷却而膨胀的金属之一,其体积仅增加3%以上。
虽然镓容易与其他金属合金化,但它具有腐蚀性 ,扩散到晶格中,并削弱了大多数金属。 然而,它的低熔点使其适用于某些低熔点合金。
与在室温下也是液体的汞相反,镓会润湿皮肤和玻璃,使其更难以处理。 镓的毒性不如汞。
历史:
1875年由Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran在检查闪锌矿时发现,直到20世纪后期,镓才被用于任何商业应用。
镓作为结构性金属几乎没有用处,但其在许多现代电子设备中的价值不能被低估。
从二十世纪五十年代初开始对发光二极管(LED)和III-V射频(RF)半导体技术的最初研究开发的镓的商业用途。
1962年,IBM物理学家JB Gunn对砷化镓(GaAs)的研究导致了流过某些半导体固体的电流的高频振荡 - 现在被称为“Gunn效应”。 这一突破为使用Gunn二极管(也称为转移电子器件)构建的早期军用探测器铺平了道路,后者已用于各种自动设备,从汽车雷达探测器和信号控制器到水分含量探测器和防盗报警器。
1960年代早期,RCA,GE和IBM的研究人员生产了第一批基于砷化镓的LED和激光器。
最初,LED只能产生不可见的红外光波,将光线限制在传感器和光电应用中。 但他们作为节能紧凑型光源的潜力是显而易见的。
到20世纪60年代初,德州仪器开始在商业上提供LED。 到20世纪70年代,用于手表和计算器显示器的早期数字显示系统很快就使用LED背光系统开发出来。
在20世纪70年代和80年代的进一步研究导致更有效的沉积技术,使得LED技术更可靠和更具成本效益。 镓铝砷(GaAlAs)半导体化合物的发展产生了比以前更亮10倍的LED,而LEDs可用的色谱也基于新的含镓半导体基板如铟镓氮化物(InGaN),砷化镓磷化物(GaAsP)和磷化镓(GaP)。
到20世纪60年代后期,砷化镓导电性质也被作为太阳能探测太阳能源的一部分进行研究。 1970年,苏联的一个研究小组创建了第一个GaAs异质结太阳能电池。
对于光电子器件和集成电路(IC)的制造来说至关重要的是,对于移动通信和替代能源技术的发展来说,对砷化镓晶圆的需求在20世纪90年代后期和21世纪初飙升。
毫不奇怪,为了应对这种不断增长的需求,从2000年到2011年,全球初级镓产量从每年约100吨(MT)增加到超过300万吨的两倍多。
生产:
估计地壳中镓的平均含量约为百万分之15,与锂大致相似,比铅更普遍。 然而,这种金属广泛分散并存在于少数经济可提取的矿体中。
在氧化铝(Al 2 O 3)(一种铝的前体)的精制过程中,多达90%的所产生的一次镓是从铝土矿中提取的。
在闪锌矿矿石精炼过程中会产生少量的镓作为锌提取的副产品。
在将铝矿精制成氧化铝的拜耳法中,将碎矿石用热氢氧化钠溶液(NaOH)洗涤。 这将氧化铝转化为铝酸钠,铝酸钠沉淀在罐中,而现在含有镓的氢氧化钠溶液被收集用于再利用。
因为这种液体是循环利用的,每次循环后镓的含量都会增加,直到达到约100-125ppm的水平。 然后可以通过使用有机螯合剂的溶剂提取将混合物作为没食子酸酯进行提取和浓缩。
在温度为104-140°F(40-60℃)的电解浴中,没食子酸钠转化为不纯的镓。 在酸洗后,可以通过多孔陶瓷或玻璃板过滤,以产生99.9-99.99%的镓金属。
99.99%是GaAs应用的标准前体等级,但新用途需要更高的纯度,这可以通过在真空下加热金属以去除挥发性元素或电化学纯化和分级结晶方法来实现。
在过去的十年中,世界上大部分主要的镓生产已经转移到中国,而中国现在供应全球镓的70%左右。 其他主要生产国包括乌克兰和哈萨克斯坦。
每年约有30%的镓产量来自废料和可回收材料,如含GaAs的IC晶圆。 大多数镓回收发生在日本,北美和欧洲。
美国地质调查局估计2011年生产310万吨精炼镓。
全球最大的生产商包括珠海方圆,北京吉亚半导体材料和Recapture Metals Ltd.
应用:
当合金镓易于腐蚀或使钢等金属变脆时。 这种特性以及极低的熔化温度意味着镓在结构应用中几乎没有用处。
在其金属形式中,镓用于焊料和低熔点合金,如Galinstan® ,但最常见于半导体材料。
镓的主要应用可分为五组:
1.半导体:GaAs晶片占年度镓消耗的70%左右,砷化镓晶片是许多现代电子设备(如智能手机和其他依赖GaAs IC的节能和放大能力的无线通信设备)的支柱。
2.发光二极管(LED):自2010年以来,由于在移动和平面显示屏中使用高亮度LED,全球对LED部门的镓需求据报道翻了一番。 全球迈向更高能效的举措也促成了政府支持使用LED照明而不是白炽灯和紧凑型荧光灯。
3.太阳能:镓在太阳能应用中的应用主要集中在两项技术上:
- 砷化镓聚光太阳能电池
- 镉铟镓硒化物(CIGS)薄膜太阳能电池
作为高效率的光伏电池,这两种技术在专门应用领域都取得了成功,特别是与航空航天和军事领域相关的应用,但仍面临着大规模商业应用的障碍。
4.磁性材料:高强度永磁体是计算机,混合动力汽车,风力涡轮机以及其他各种电子和自动化设备的关键部件。 在一些永磁体中使用少量的镓,包括钕铁硼(NdFeB)磁体。
5.其他应用:
资料来源:
错误谢谢! LED(发光二极管)的历史。
资料来源:https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
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网址:www.strategic-metal.typepad.com