धातु टर्मिनेटर - गैलियम

एक प्रकार की धातु होती है जो बहुत जादुई होती है। दैनिक जीवन में यह पारे की तरह तरल रूप में दिखाई देता है। यदि आप इसे किसी डिब्बे पर गिरा दें, तो आपको यह देखकर आश्चर्य होगा कि बोतल कागज की तरह नाजुक हो जाएगी, और यह केवल एक प्रहार से टूट जाएगी। इसके अलावा, इसे तांबे और लोहे जैसी धातुओं पर गिराने से भी यह स्थिति उत्पन्न होती है, जिसे "मेटल टर्मिनेटर" कहा जा सकता है। इसमें ऐसी विशेषताएँ होने का क्या कारण है? आज हम धातु गैलियम की दुनिया में प्रवेश करेंगे।

1、तत्व क्या है?गैलियम धातु

गैलियम तत्व तत्वों की आवर्त सारणी में चौथे आवर्त IIIA समूह में है। शुद्ध गैलियम का गलनांक बहुत कम होता है, केवल 29.78 ℃, लेकिन क्वथनांक 2204.8 ℃ तक होता है। गर्मियों में, इसका अधिकांश भाग तरल के रूप में मौजूद होता है और हथेली पर रखने पर पिघल सकता है। उपरोक्त गुणों से, हम समझ सकते हैं कि गैलियम अपने कम गलनांक के कारण अन्य धातुओं को संक्षारित कर सकता है। तरल गैलियम अन्य धातुओं के साथ मिश्रधातु बनाता है, जो कि पहले बताई गई जादुई घटना है। पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री केवल 0.001% है, और 140 साल पहले तक इसके अस्तित्व की खोज नहीं की गई थी। 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, जिसके गुण एल्यूमीनियम के समान 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 उन्हें स्पैलेराइट (ZnS) में एक अजीब प्रकाश बैंड मिला, इसलिए उन्होंने इसे "एल्यूमीनियम जैसा तत्व" पाया, और फिर इसे अपनी मातृभूमि के नाम पर रखा। फ़्रांस (गॉल, लैटिन गैलिया), इस तत्व का प्रतिनिधित्व करने के लिए गा प्रतीक 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, मुख्य रूप से शांक्सी, गुइझोउ, युन्नान, हेनान, गुआंग्शी में वितरित किया जाता है। और अन्य स्थान [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 स्पैलेराइट में मौजूद हैं। गैलियम धातु की खोज की शुरुआत में, इसके अनुप्रयोग पर संबंधित शोध की कमी के कारण, लोगों का हमेशा यही मानना ​​रहा है कि यह कम उपयोगिता वाली धातु है। हालाँकि, 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 सामग्री के क्षेत्र में किया जाता है, जिसमें गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) सामग्री सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती है और तकनीक सबसे परिपक्व है। सूचना प्रसार के वाहक के रूप में, अर्धचालक सामग्री गैलियम की कुल खपत का 80% से 85% तक होती है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से वायरलेस संचार में किया जाता है। गैलियम आर्सेनाइड पावर एम्पलीफायर संचार ट्रांसमिशन गति को 4जी नेटवर्क की तुलना में 100 गुना तक बढ़ा सकते हैं, जो 5जी युग में प्रवेश करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं। इसके अलावा, गैलियम का उपयोग इसकी तापीय विशेषताओं, कम गलनांक, उच्च तापीय चालकता और अच्छे प्रवाह प्रदर्शन के कारण अर्धचालक अनुप्रयोगों में गर्मी अपव्यय माध्यम के रूप में किया जा सकता है। थर्मल इंटरफ़ेस सामग्रियों में गैलियम आधारित मिश्र धातु के रूप में गैलियम धातु को लगाने 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 (सीआईजीएस) कोशिकाओं की खोज की है [3]। सीआईजीएस कोशिकाओं में कम उत्पादन लागत, बड़े बैच उत्पादन और उच्च फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दर के फायदे हैं, इस प्रकार व्यापक विकास संभावनाएं हैं। दूसरे, अन्य सामग्रियों से बनी पतली फिल्म कोशिकाओं की तुलना में गैलियम आर्सेनाइड सौर कोशिकाओं में रूपांतरण दक्षता में महत्वपूर्ण लाभ हैं। हालाँकि, गैलियम आर्सेनाइड सामग्री 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 कोशिश कर रहे हैं, जिनमें से हाइड्रोजन ऊर्जा प्रमुख है। हालाँकि, हाइड्रोजन भंडारण और परिवहन की उच्च लागत और कम सुरक्षा इस तकनीक के विकास में बाधा डालती है। क्रस्ट में सबसे प्रचुर 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 वाली धातु गैलियम एल्यूमीनियम के साथ एक मिश्र धातु बना सकती है, और गैलियम सतह एल्यूमीनियम ऑक्साइड कोटिंग को भंग कर सकती 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 तेजी से तैयारी और हाइड्रोजन ऊर्जा के 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 अपने अद्वितीय विकिरण गुणों के कारण चिकित्सा क्षेत्र में किया जाता है, जिसका उपयोग घातक ट्यूमर की इमेजिंग और रोकथाम के लिए किया जा सकता है। गैलियम यौगिकों में स्पष्ट एंटीफंगल और जीवाणुरोधी गतिविधियां होती हैं, और अंततः जीवाणु चयापचय में हस्तक्षेप करके नसबंदी प्राप्त होती है। और गैलियम मिश्र धातु 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 मिश्रण की जगह लेता है और नैदानिक ​​​​अनुप्रयोगों में एक नई दंत भरने वाली सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है।

3、 आउटलुक

हालाँकि चीन दुनिया में गैलियम के प्रमुख उत्पादकों में से एक है, फिर भी चीन के गैलियम उद्योग में अभी भी कई समस्याएं हैं। साथी खनिज के रूप में गैलियम की कम सामग्री के कारण, गैलियम उत्पादन उद्यम बिखरे हुए हैं, और औद्योगिक श्रृंखला में कमजोर कड़ियाँ हैं। खनन प्रक्रिया में गंभीर पर्यावरण प्रदूषण है, और उच्च शुद्धता गैलियम की उत्पादन क्षमता अपेक्षाकृत कमजोर है, मुख्य रूप से कम कीमतों पर मोटे गैलियम के निर्यात और उच्च कीमतों पर परिष्कृत गैलियम के आयात पर निर्भर है। हालाँकि, 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 गैलियम की अपेक्षाकृत पिछड़ी उत्पादन तकनीक अनिवार्य रूप से चीन के औद्योगिक विकास पर बाधा डालेगी। चीन में विज्ञान और प्रौद्योगिकी के उच्च गुणवत्ता वाले विकास को प्राप्त करने के लिए नई प्रौद्योगिकियों का विकास करना बहुत महत्वपूर्ण है।