一分鐘了解鎵的性質和用途

2021-01-10 雷蒙機

1、鎵名稱:鎵

2、金屬鎵的性質:元素符號Ga,原子序數31,是IIIA族金屬。密度為5.904克/立方釐米,熔點為29.76°C (302.91 K,85.57℉),沸點為2204℃ (2477 K,3999℉)。固體鎵為藍灰色,液體鎵為銀白色。鎵在低溫時硬而脆,而一超過室溫就熔融,溶於酸和鹼中,微溶於汞,腐蝕性很強。鎵在乾燥的空氣中比較穩定,表面會生成氧化物薄膜阻止繼續氧化,在潮溼空氣中便失去光澤。鎵的凝固點很低,由液態轉化為固態時,膨脹率為3.1%,鎵能浸潤玻璃,故不宜使用玻璃容器存放,宜存放於塑料容器中。

3、鎵的賦存狀態:鎵在地殼中的含量為0.0015%。自然界中的鎵分布比較分散,多以伴生礦存在,主要賦存在鋁土礦中,少量存在於錫礦、鎢礦和鉛鋅礦中。

4、鎵的用途:目前,我國金屬鎵的消費領域包括半導體和光電材料、太陽能電池、合金、醫療器械、磁性材料等,其中半導體行業已成為鎵最大的消費領域,約佔總消費量的80%。隨著鎵下遊應用行業的快速發展,尤其是半導體行業和太陽能電池行業,未來金屬鎵需求也將穩步增長。

4.1 半導體材料

鎵是一種低熔點高沸點的稀散金屬,有「電子工業脊梁」的美譽。鎵的化合物是優質的半導體材料,被廣泛應用到光電子工業和微波通信工業,用於製造微波通訊與微波集成、紅外光學與紅外探測器件、集成電路、發光二極體等。例如我們在電腦上看到的紅光和綠光就是由磷化鎵二極體發出的。

4.2 太陽能電池

鎵應用於太陽能電池的製造中,如砷化鎵三五族太陽能電池,該電池具有良好的耐熱、耐輻射等特性,其光電轉換率非常高。

4.3 合金

鎵與銦、鉈、錫、鉍、鋅等可在3℃-65℃之間組成一系列低熔合金,用於溫度測控、儀表中的代汞物、珠定業作中支撐物、金屬塗層、電子工業及核工業的冷卻迴路。例如,含25%銦的鎵合金為低熔點合金,在16℃時便熔化,可用於自動滅火裝置中。鎵與銅、鎳、錫、金等可組成冷焊劑,適於難焊接的異型薄壁,金屬間及其與陶瓷間的冷焊接與空洞堵塞。

4.4 醫學領域

鎵可用於醫療診斷,例如使用枸櫞酸鎵(67Ga)來診斷肺癌和肝癌等。鎵的合金還可以應用到醫療器件和醫用材料中,例如使用鎵合金作為牙齒填充材料,使用「銦鎵合金」製作體溫計等。

4.4 玻璃製造

鎵能增強玻璃折射率,可以用來製造特種光學玻璃。鎵對光的反射能力特別強,可以把70%以上折射來的光反射出去,同時又能很好地附著在玻璃上,承受較高的溫度,因而被應用到反光鏡中。

4.5 化工行業

鎵的滷化物具有較高的活性,可以用於聚合和脫水等工藝,例如使用三氯化鎵(GaCl3)作催化劑生產乙基苯、丙基苯和酮。而來自美國和丹麥科研人員開發的一種新的鎳-鎵催化劑,可以用來轉化氫和二氧化碳為甲醇。此外,為了提高石油開採的經濟效益,包括中國在內的一些國家都在研究使用硝酸鎵的新型石油催化劑。

4.6 其他用途

(1)在原子能工業中,鎵可以作為熱傳導物質,將反應堆中的熱量傳導出來。此外,鎵還可以吸收中子,從而達到控制中子數目和反應速度的效果。(2)鎵還可以用來製造陰極蒸汽燈。將碘化鎵加入到高壓水銀燈中,可以增大水銀燈的輻射強度。(3)由於鎵具有「熱縮冷脹」性質,所以具有較好的鑄造性,可以用來製造鉛字合金,使字體清晰。(4)鎵蒸汽壓很低,可以在真空裝置中做密封液。

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