O menor metal que ajuda as luzes LED a brilhar
Propriedades:
- Símbolo atômico: ga
- Número Atômico: 31
- Categoria do Elemento: Metal pós-transição
- Densidade: 5,91 g / cm³ (a 73 ° F / 23 ° C)
- Ponto de Fusão: 85.58 ° F (29.76 ° C)
- Ponto de Ebulição: 3999 ° F (2204 ° C)
- Dureza de Moh: 1,5
Características:
O gálio puro é branco-prateado e funde a temperaturas abaixo de 85 ° F (29,4 ° C).
O metal permanece em um estado de fusão de até quase 4000 ° F (2204 ° C), dando-lhe a maior faixa de líquido de todos os elementos de metal.
O gálio é um dos poucos metais que se expande à medida que esfria, aumentando em volume em pouco mais de 3%.
Embora o gálio lique facilmente com outros metais, é corrosivo , difunde-se na rede e enfraquece a maioria dos metais. Seu baixo ponto de fusão, no entanto, o torna útil em certas ligas de baixo ponto de fusão.
Ao contrário do mercúrio , que também é líquido à temperatura ambiente, o gálio molha tanto a pele quanto o vidro, dificultando o manuseio. O gálio não é tão tóxico quanto o mercúrio.
História:
Descoberto em 1875 por Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran ao examinar minérios de esfalerita, o gálio não foi usado em nenhuma aplicação comercial até a última parte do século XX.
O gálio é de pouca utilidade como metal estrutural, mas seu valor em muitos dispositivos eletrônicos modernos não pode ser subestimado.
Os usos comerciais do gálio foram desenvolvidos a partir da pesquisa inicial sobre diodos emissores de luz (LEDs) e tecnologia de semicondutores de radiofrequência (RF) III-V, que começou no início dos anos 50.
Em 1962, a pesquisa do físico JB Gunn da IBM sobre o arsenieto de gálio (GaAs) levou à descoberta da oscilação de alta freqüência da corrente elétrica fluindo através de certos sólidos semicondutores - agora conhecidos como o "Efeito Gunn". Esse avanço abriu o caminho para a construção de detectores militares utilizando diodos Gunn (também conhecidos como dispositivos de transferência de elétrons) que já foram usados em vários dispositivos automatizados, desde detectores de radar de carro e controladores de sinal a detectores de umidade e alarmes.
Os primeiros LEDs e lasers baseados em GaAs foram produzidos no início dos anos 1960 por pesquisadores da RCA, GE e IBM.
Inicialmente, os LEDs só eram capazes de produzir ondas de luz infravermelhas invisíveis, limitando as luzes a sensores e aplicativos fotoeletrônicos. Mas seu potencial como fontes de luz compactas eficientes em energia era evidente.
No início dos anos 60, a Texas Instruments começou a oferecer LEDs comercialmente. Na década de 1970, os primeiros sistemas de exibição digital, usados em relógios e monitores de calculadora, foram logo desenvolvidos usando sistemas de retroiluminação por LED.
Mais pesquisas nas décadas de 1970 e 1980 resultaram em técnicas de deposição mais eficientes, tornando a tecnologia LED mais confiável e econômica. O desenvolvimento de compostos semicondutores de gálio-alumínio-arsênio (GaAlAs) resultou em LEDs dez vezes mais brilhantes que o anterior, enquanto o espectro de cores disponível para LEDs também avançou com base em novos substratos semicondutores contendo gálio, como o índio. -gitio-nitreto (InGaN), fosforeto de gio-arseneto (GaAsP) e fosforeto de gio (GaP).
No final da década de 1960, as propriedades condutivas de GaAs também estavam sendo pesquisadas como parte das fontes de energia solar para a exploração espacial. Em 1970, uma equipe de pesquisa soviética criou as primeiras células solares de heteroestrutura do GaAs.
Crítica para a fabricação de dispositivos optoeletrônicos e circuitos integrados (ICs), a demanda por wafers de GaAs disparou no final da década de 1990 e início do século 21 em correlação com o desenvolvimento de tecnologias de comunicação móvel e de energia alternativa.
Não surpreendentemente, em resposta a essa demanda crescente, entre 2000 e 2011, a produção de gálio primário global mais que dobrou, de aproximadamente 100 toneladas métricas (MT) por ano para mais de 300MT.
Produção:
O teor médio de gálio na crosta terrestre é estimado em cerca de 15 partes por milhão, aproximadamente semelhante ao lítio e mais comum do que o chumbo . O metal, no entanto, está amplamente disperso e presente em poucos corpos de minério economicamente extraíveis.
Cerca de 90% de todo o gálio primário produzido atualmente é extraído da bauxita durante a refinação de alumina (Al2O3), um precursor do alumínio .
Uma pequena quantidade de gálio é produzida como um subproduto da extração de zinco durante o refino do minério de esfalerita.
Durante o processo Bayer de refino de minério de alumínio para alumina, o minério triturado é lavado com uma solução quente de hidróxido de sódio (NaOH). Isso converte alumina em aluminato de sódio, que se deposita em tanques, enquanto o licor de hidróxido de sódio que agora contém gálio é coletado para reutilização.
Como este licor é reciclado, o conteúdo de gálio aumenta após cada ciclo até atingir um nível de cerca de 100-125 ppm. A mistura pode então ser tomada e concentrada como galato por extracção com solvente utilizando agentes quelantes orgânicos.
Em um banho eletrolítico a temperaturas de 40 a 60 ° C (104-140 ° F), o galato de sódio é convertido em gálio impuro. Após a lavagem em ácido, este pode então ser filtrado através de placas de cerâmica ou vidro porosas para criar 99,9-99,99% de gálio metálico.
99,99% é o grau de precursor padrão para aplicações de GaAs, mas novos usos exigem pureza mais alta que pode ser obtida aquecendo o metal sob vácuo para remover elementos voláteis ou purificação eletroquímica e métodos de cristalização fracionada.
Durante a última década, grande parte da produção primária de gálio do mundo mudou para a China, que agora fornece cerca de 70% do gálio do mundo. Outras nações produtoras primárias incluem a Ucrânia e o Cazaquistão.
Cerca de 30% da produção anual de gálio é extraída de sucata e materiais recicláveis, como as bolachas IC contendo GaAs. A maior parte da reciclagem de gálio ocorre no Japão, na América do Norte e na Europa.
O US Geological Survey calcula que 310MT de gálio refinado foram produzidos em 2011.
Os maiores produtores do mundo incluem a Zhuhai Fangyuan, a Beijing Jiya Semiconductor Materials e a Recapture Metals Ltd.
Aplicações:
Quando o gálio ligado tende a corroer ou tornar metais como o aço frágil. Esta característica, juntamente com a sua temperatura de fusão extremamente baixa, significa que o gálio é de pouca utilidade em aplicações estruturais.
Em sua forma metálica, o gálio é usado em soldas e ligas de baixo ponto de fusão, como o Galinstan® , mas é mais freqüentemente encontrado em materiais semicondutores.
As principais aplicações do Gallium podem ser categorizadas em cinco grupos:
1. Semicondutores: responsáveis por cerca de 70% do consumo anual de gálio, os wafers GaAs são a espinha dorsal de muitos dispositivos eletrônicos modernos, como smartphones e outros dispositivos de comunicação sem fio que dependem da capacidade de economia de energia e amplificação dos CIs de GaAs.
2. Diodos emissores de luz (LEDs): Desde 2010, a demanda global por gálio do setor de LED dobrou, devido ao uso de LEDs de alto brilho em telas móveis e telas planas. O movimento global em direção a uma maior eficiência energética também levou ao apoio do governo ao uso de iluminação LED sobre iluminação fluorescente compacta e incandescente.
3. Energia solar: o uso de gálio em aplicações de energia solar está focado em duas tecnologias:
- Células solares concentradoras de GaAs
- Células solares de película fina de cádmio-índio-gálio-selenieto (CIGS)
Como células fotovoltaicas altamente eficientes, ambas as tecnologias tiveram sucesso em aplicações especializadas, particularmente relacionadas à indústria aeroespacial e militar, mas ainda enfrentam barreiras ao uso comercial em larga escala.
4. Materiais magnéticos: Os ímãs permanentes de alta resistência são um componente essencial dos computadores, dos automóveis híbridos, das turbinas eólicas e de vários outros equipamentos eletrônicos e automatizados. Pequenas adições de gálio são usadas em alguns ímãs permanentes, incluindo ímãs de neodímio- ferro - boro (NdFeB).
5. Outras aplicações:
- Ligas especiais e soldas
- Espelhos de molhadela
- Com plutônio como estabilizador nuclear
- Níquel - manganês - liga de memória de forma de gálio
- Catalisador de petróleo
- Aplicações biomédicas, incluindo produtos farmacêuticos (nitrato de gálio)
- Fósforos
- Detecção de neutrinos
Fontes:
Softpedia História dos LEDs (Diodos Emissores de Luz).
Fonte: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Química do Alumínio, Gálio, Índio e Tálio". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "Semicondutores III-V, uma história em aplicações de RF". ECS Trans . 2009, volume 19, edição 3, páginas 79-84.
Schubert, E. Fred. Diodos emissores de luz . Rensselaer Polytechnic Institute, Nova Iorque. Maio de 2003.
USGS. Resumos Minerais de Commodities: Gálio.
Fonte: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Relatório SM. Metais por subproduto: o relacionamento alumínio-gálio .
URL: www.strategic-metal.typepad.com