धातु टर्मिनेटर – गैलियम

एक ऐसी धातु है जो बहुत जादुई है। दैनिक जीवन में यह पारे की तरह तरल रूप में दिखाई देती है। अगर आप इसे किसी डिब्बे पर गिरा दें, तो आपको यह देखकर आश्चर्य होगा कि बोतल कागज की तरह नाजुक हो जाती है और एक झटके से टूट जाती है। इसके अलावा, तांबे और लोहे जैसी धातुओं पर इसे गिराने से भी यह स्थिति पैदा होती है, जिसे "धातु टर्मिनेटर" कहा जा सकता है। इसकी ऐसी विशेषताएं क्यों हैं? आज हम धातु गैलियम की दुनिया में प्रवेश करेंगे।

1、कौन सा तत्व हैगैलियम धातु

गैलियम तत्व तत्वों की आवर्त सारणी में चौथे पीरियड IIIA समूह में है। शुद्ध गैलियम का गलनांक बहुत कम है, केवल 29.78 ℃, लेकिन क्वथनांक 2204.8 ℃ जितना अधिक है। गर्मियों में, इसका अधिकांश भाग तरल के रूप में मौजूद होता है और हथेली में रखने पर पिघल सकता है। उपरोक्त गुणों से, हम समझ सकते हैं कि गैलियम अपने कम गलनांक के कारण अन्य धातुओं को ठीक से संक्षारित कर सकता है। तरल गैलियम अन्य धातुओं के साथ मिश्र धातु बनाता है, जो पहले बताई गई जादुई घटना है। पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री केवल 0.001% है, और इसका अस्तित्व 140 साल पहले तक खोजा नहीं गया था। 1871 में, रूसी रसायनज्ञ मेंडेलीव ने तत्वों की आवर्त सारणी का सारांश दिया और भविष्यवाणी की कि जस्ता के बाद, एल्यूमीनियम के नीचे भी एक तत्व है, जिसमें एल्यूमीनियम के समान गुण हैं और इसे "एल्यूमीनियम जैसा तत्व" कहा जाता है। 1875 में, जब फ्रांसीसी वैज्ञानिक बोवाबोर्डलैंड एक ही परिवार के धातु तत्वों के वर्णक्रमीय रेखा कानूनों का अध्ययन कर रहे थे, तो उन्होंने स्फालराइट (ZnS) में एक अजीब हल्का बैंड पाया, इसलिए उन्होंने इस "एल्यूमीनियम जैसा तत्व" पाया, और फिर इसका नाम अपनी मातृभूमि फ्रांस (गॉल, लैटिन गैलिया) के नाम पर रखा, इस तत्व का प्रतिनिधित्व करने के लिए प्रतीक Ga के साथ, इसलिए गैलियम रासायनिक तत्व खोज के इतिहास में भविष्यवाणी किया गया पहला तत्व बन गया, और फिर प्रयोगों में पुष्टि तत्व पाया गया।

गैलियम मुख्य रूप से चीन, जर्मनी, फ्रांस, ऑस्ट्रेलिया, कजाकिस्तान और दुनिया के अन्य देशों में वितरित किया जाता है, जिनमें से चीन के गैलियम संसाधन भंडार दुनिया के कुल का 95% से अधिक है, जो मुख्य रूप से शांक्सी, गुइझोउ, युन्नान, हेनान, गुआंग्शी और अन्य स्थानों में वितरित किया जाता है [1]। वितरण प्रकार के संदर्भ में, शांक्सी, शेडोंग और अन्य स्थान मुख्य रूप से बॉक्साइट में मौजूद हैं, युन्नान और अन्य स्थान टिन अयस्क में मौजूद हैं, और हुनान और अन्य स्थान मुख्य रूप से स्फेलेराइट में मौजूद हैं। गैलियम धातु की खोज की शुरुआत में, इसके अनुप्रयोग पर संबंधित शोध की कमी के कारण, लोगों ने हमेशा यह माना है कि यह कम प्रयोज्यता वाली धातु है। हालांकि, सूचना प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास और नई ऊर्जा और उच्च तकनीक के युग के साथ, गैलियम धातु ने सूचना क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण सामग्री के रूप में ध्यान आकर्षित किया है, और इसकी मांग भी काफी बढ़ गई है।

2. धातु गैलियम के अनुप्रयोग क्षेत्र

1. अर्धचालक क्षेत्र

गैलियम का उपयोग मुख्य रूप से अर्धचालक पदार्थों के क्षेत्र में किया जाता है, जिसमें गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) पदार्थ सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और प्रौद्योगिकी सबसे परिपक्व है। सूचना प्रसार के वाहक के रूप में, अर्धचालक पदार्थ गैलियम की कुल खपत का 80% से 85% हिस्सा है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से वायरलेस संचार में किया जाता है। गैलियम आर्सेनाइड पावर एम्पलीफायर संचार संचरण की गति को 4G नेटवर्क की तुलना में 100 गुना तक बढ़ा सकते हैं, जो 5G युग में प्रवेश करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। इसके अलावा, गैलियम को इसकी तापीय विशेषताओं, कम गलनांक, उच्च तापीय चालकता और अच्छे प्रवाह प्रदर्शन के कारण अर्धचालक अनुप्रयोगों में गर्मी अपव्यय माध्यम के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। थर्मल इंटरफेस सामग्रियों में गैलियम आधारित मिश्र धातु के रूप में गैलियम धातु को लागू करने से इलेक्ट्रॉनिक घटकों की गर्मी अपव्यय क्षमता और दक्षता में सुधार हो सकता है।

2. सौर सेल

सौर कोशिकाओं का विकास प्रारंभिक मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सौर कोशिकाओं से पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पतली फिल्म कोशिकाओं तक चला गया है। पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पतली फिल्म कोशिकाओं की उच्च लागत के कारण, शोधकर्ताओं ने अर्धचालक सामग्रियों में कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनियम पतली फिल्म (CIGS) कोशिकाओं की खोज की है [3]। CIGS कोशिकाओं में कम उत्पादन लागत, बड़े बैच उत्पादन और उच्च फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दर के लाभ हैं, इस प्रकार व्यापक विकास संभावनाएं हैं। दूसरे, गैलियम आर्सेनाइड सौर कोशिकाओं में अन्य सामग्रियों से बने पतली फिल्म कोशिकाओं की तुलना में रूपांतरण दक्षता में महत्वपूर्ण लाभ हैं। हालांकि, गैलियम आर्सेनाइड सामग्रियों की उच्च उत्पादन लागत के कारण, वे वर्तमान में मुख्य रूप से एयरोस्पेस और सैन्य क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं।

3. हाइड्रोजन ऊर्जा

दुनिया भर में ऊर्जा संकट के बारे में बढ़ती जागरूकता के साथ, लोग गैर-नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों को बदलने की मांग कर रहे हैं, जिनमें से हाइड्रोजन ऊर्जा सबसे अलग है। हालांकि, हाइड्रोजन भंडारण और परिवहन की उच्च लागत और कम सुरक्षा इस तकनीक के विकास में बाधा डालती है। क्रस्ट में सबसे प्रचुर मात्रा में धातु तत्व के रूप में, एल्यूमीनियम कुछ शर्तों के तहत हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, जो एक आदर्श हाइड्रोजन भंडारण सामग्री है, हालांकि, घने एल्यूमीनियम ऑक्साइड फिल्म बनाने के लिए धातु एल्यूमीनियम की सतह के आसान ऑक्सीकरण के कारण, जो प्रतिक्रिया को रोकता है, शोधकर्ताओं ने पाया है कि कम पिघलने बिंदु धातु गैलियम एल्यूमीनियम के साथ एक मिश्र धातु बना सकता है, और गैलियम सतह एल्यूमीनियम ऑक्साइड कोटिंग को भंग कर सकता है, जिससे प्रतिक्रिया आगे बढ़ सकती है [4], और धातु गैलियम को पुनर्नवीनीकरण और पुन: उपयोग किया जा सकता है। एल्यूमीनियम गैलियम मिश्र धातु सामग्री का उपयोग हाइड्रोजन ऊर्जा की तेजी से तैयारी और सुरक्षित भंडारण और परिवहन की समस्या को हल करता है, सुरक्षा, अर्थव्यवस्था और पर्यावरण संरक्षण में सुधार करता है।

4. चिकित्सा क्षेत्र

गैलियम का उपयोग आमतौर पर चिकित्सा क्षेत्र में इसके अद्वितीय विकिरण गुणों के कारण किया जाता है, जिसका उपयोग घातक ट्यूमर की इमेजिंग और अवरोध के लिए किया जा सकता है। गैलियम यौगिकों में स्पष्ट एंटीफंगल और जीवाणुरोधी गतिविधियाँ होती हैं, और अंततः जीवाणु चयापचय में हस्तक्षेप करके नसबंदी प्राप्त करते हैं। और गैलियम मिश्र धातुओं का उपयोग थर्मामीटर बनाने के लिए किया जा सकता है, जैसे गैलियम इंडियम टिन थर्मामीटर, एक नए प्रकार का तरल धातु मिश्र धातु जो सुरक्षित, गैर विषैले और पर्यावरण के अनुकूल है, और इसका उपयोग विषाक्त पारा थर्मामीटर को बदलने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, गैलियम आधारित मिश्र धातु का एक निश्चित अनुपात पारंपरिक चांदी के अमलगम की जगह लेता है और इसका उपयोग नैदानिक ​​अनुप्रयोगों में एक नई दंत भरने वाली सामग्री के रूप में किया जाता है।

3、 आउटलुक

यद्यपि चीन दुनिया में गैलियम के मुख्य उत्पादकों में से एक है, फिर भी चीन के गैलियम उद्योग में कई समस्याएं हैं। एक साथी खनिज के रूप में गैलियम की कम सामग्री के कारण, गैलियम उत्पादन उद्यम बिखरे हुए हैं, और औद्योगिक श्रृंखला में कमजोर लिंक हैं। खनन प्रक्रिया में गंभीर पर्यावरण प्रदूषण है, और उच्च शुद्धता वाले गैलियम की उत्पादन क्षमता अपेक्षाकृत कमजोर है, जो मुख्य रूप से कम कीमतों पर मोटे गैलियम के निर्यात और उच्च कीमतों पर परिष्कृत गैलियम के आयात पर निर्भर है। हालांकि, विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास, लोगों के जीवन स्तर में सुधार और सूचना और ऊर्जा के क्षेत्र में गैलियम के व्यापक अनुप्रयोग के साथ, गैलियम की मांग भी तेजी से बढ़ेगी। उच्च शुद्धता वाले गैलियम की अपेक्षाकृत पिछड़ी उत्पादन तकनीक अनिवार्य रूप से चीन के औद्योगिक विकास पर बाधाएं डालेगी। चीन में विज्ञान और प्रौद्योगिकी के उच्च-गुणवत्ता वाले विकास को प्राप्त करने के लिए नई तकनीकों का विकास बहुत महत्वपूर्ण है।