매우 마술적인 종류의 금속이 있습니다.일상생활에서는 수은과 같은 액체 형태로 나타난다.캔 위에 떨어뜨리면 병이 종이처럼 약해져서 찔러도 깨질 정도로 깜짝 놀라게 됩니다.또한, 구리, 철 등의 금속 위에 떨어뜨리는 경우에도 이러한 현상이 발생하는데, 이는 '금속 터미네이터'라고 할 수 있습니다.그러한 특성을 가지게 된 원인은 무엇입니까?오늘 우리는 금속 갈륨의 세계로 들어가겠습니다.
1. 어떤 요소인가갈륨 금속
갈륨 원소는 주기율표의 4주기 IIIA족에 속합니다.순수한 갈륨의 녹는점은 29.78℃로 매우 낮지만, 끓는점은 2204.8℃로 높다.여름에는 대부분 액체 상태로 존재하며 손바닥에 올려놓으면 녹을 수 있다.위의 특성을 통해 갈륨은 녹는점이 낮기 때문에 다른 금속을 부식시킬 수 있다는 것을 이해할 수 있습니다.액체 갈륨은 다른 금속과 합금을 형성하는데, 이는 앞서 언급한 마법적인 현상입니다.지각 내 함유량은 약 0.001%에 불과하며, 140년 전까지는 그 존재가 발견되지 않았습니다.1871년 러시아의 화학자 멘델레예프는 원소 주기율표를 요약하고 아연 다음으로 알루미늄 아래에 알루미늄과 비슷한 성질을 지닌 원소가 있으며 이를 '알루미늄 유사 원소'라고 예측했습니다.1875년 프랑스 과학자 보워드랜드(Boabordland)는 동족 금속원소의 분광선 법칙을 연구하던 중 섬아연석(ZnS)에서 이상한 빛의 띠를 발견했고, 이 '알루미늄 같은 원소'를 발견한 뒤 조국의 이름을 따서 명명했다. 프랑스(갈리아, 라틴 갈리아)는 이 원소를 기호 Ga로 나타내므로 갈륨은 화학원소 발견 역사상 최초로 예측된 원소가 되었고 이후 실험을 통해 확인된 원소를 발견하였습니다.
갈륨은 주로 중국, 독일, 프랑스, 호주, 카자흐스탄 등 세계 여러 나라에 분포하며 그 중 중국의 갈륨 자원 매장량은 세계 총량의 95% 이상을 차지하며 주로 산시(山西), 귀주(貴州), 윈난(雲南), 허난(河南), 광시(廣西)에 분포한다. 그리고 다른 곳들 [1]분포 유형으로 보면, 산시(山西), 산동(山东) 등 지역은 주로 보크사이트에 존재하고, 윈난(雲南) 등 지역은 주석광석이 주로 존재하며, 후난(湖南) 등 지역은 섬아연석이 주로 존재한다.갈륨 금속이 발견된 초기에는 그 응용에 대한 연구가 부족하여 사람들은 항상 그것이 유용성이 낮은 금속이라고 믿어 왔습니다.그러나 정보기술의 지속적인 발전과 신에너지·하이테크 시대에 따라 갈륨금속은 정보분야의 중요한 소재로 주목받고 있으며, 그 수요도 크게 증가하고 있다.
2. 금속 갈륨의 응용 분야
1. 반도체 분야
갈륨은 주로 반도체 재료 분야에 사용되는데, 갈륨비소(GaAs) 재료가 가장 널리 사용되고 기술도 가장 성숙해 있다.정보 보급의 매개체인 반도체 소재는 주로 무선 통신에 사용되는 갈륨 전체 소비량의 80~85%를 차지합니다.갈륨비소 전력증폭기는 통신 전송 속도를 4G 네트워크 대비 100배까지 높일 수 있어 5G 시대 진입에 중요한 역할을 할 수 있다.또한 갈륨은 열 특성, 낮은 융점, 높은 열 전도성 및 우수한 흐름 성능으로 인해 반도체 응용 분야의 방열 매체로 사용할 수 있습니다.열 인터페이스 재료에 갈륨 기반 합금 형태의 갈륨 금속을 적용하면 전자 부품의 방열 능력과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
2. 태양전지
태양전지의 발전은 초기 단결정 실리콘 태양전지에서 다결정 실리콘 박막전지로 발전해 왔다.다결정 실리콘 박막 셀의 가격이 높기 때문에 연구자들은 반도체 재료에서 구리 인듐 갈륨 셀레늄 박막(CIGS) 셀을 발견했습니다[3].CIGS 셀은 생산 비용이 낮고 대량 생산이 가능하며 광전 전환율이 높다는 장점이 있어 개발 전망이 넓습니다.둘째, 갈륨비소 태양전지는 다른 물질로 만들어진 박막전지에 비해 변환효율 면에서 상당한 이점을 갖는다.그러나 갈륨비소 재료는 생산 단가가 높기 때문에 현재 주로 항공우주 및 군사 분야에서 사용되고 있다.
3. 수소 에너지
전 세계적으로 에너지 위기에 대한 인식이 높아지면서 사람들은 비재생에너지원을 대체할 방안을 모색하고 있으며, 그 중 수소에너지가 두드러지고 있습니다.그러나 수소 저장 및 운송의 높은 비용과 낮은 안전성은 이 기술의 개발을 방해합니다.알루미늄은 지각에서 가장 풍부한 금속 원소로서 특정 조건에서 물과 반응하여 수소를 생성할 수 있는데, 이는 이상적인 수소 저장 물질입니다. 그러나 금속 알루미늄 표면은 쉽게 산화되기 때문에 치밀한 산화알루미늄 피막을 형성합니다. 연구자들은 저융점 금속 갈륨이 알루미늄과 합금을 형성할 수 있고, 갈륨이 표면의 산화알루미늄 코팅을 용해시켜 반응을 진행시킬 수 있으며[4], 금속 갈륨을 재활용 및 재사용할 수 있다는 사실을 발견했습니다. .알루미늄 갈륨 합금 재료를 사용하면 수소 에너지의 신속한 준비와 안전한 저장 및 운송 문제를 크게 해결하여 안전성, 경제성 및 환경 보호를 향상시킵니다.
4. 의료분야
갈륨은 악성 종양의 영상화 및 억제에 사용될 수 있는 독특한 방사선 특성으로 인해 의료 분야에서 일반적으로 사용됩니다.갈륨 화합물은 명백한 항진균 및 항균 활성을 가지며 궁극적으로 박테리아 대사를 방해하여 살균을 달성합니다.그리고 갈륨 합금은 안전하고 무독성이며 환경 친화적인 새로운 유형의 액체 금속 합금인 갈륨 인듐 주석 온도계와 같은 온도계를 만드는 데 사용할 수 있으며 독성 수은 온도계를 대체하는 데 사용할 수 있습니다.또한 일정 비율의 갈륨 기반 합금이 기존의 은 아말감을 대체하고 임상 응용 분야에서 새로운 치과 충전재로 사용됩니다.
3、 전망
중국은 세계의 주요 갈륨 생산국 중 하나이지만 중국의 갈륨 산업에는 여전히 많은 문제가 남아 있습니다.동반광물인 갈륨 함량이 낮기 때문에 갈륨 생산 기업이 분산되어 있고 산업 체인의 연결 고리가 약합니다.채굴 과정은 환경 오염이 심각하고 고순도 갈륨의 생산 능력이 상대적으로 약하며 주로 거친 갈륨을 저렴한 가격에 수출하고 정제된 갈륨을 높은 가격에 수입하는 데 의존합니다.그러나 과학기술의 발달과 국민생활수준의 향상, 정보·에너지 분야에서의 갈륨의 응용이 확대됨에 따라 갈륨의 수요도 급격히 증가할 것으로 예상된다.고순도 갈륨의 상대적으로 낙후된 생산 기술은 필연적으로 중국 산업 발전에 제약을 가할 것입니다.새로운 기술을 개발하는 것은 중국 과학기술의 고품질 발전을 달성하는 데 있어서 매우 중요한 의미를 갖습니다.
게시 시간: 2023년 5월 17일