धातु प्रोफाइल: गैलियम और एलईडी लाइट्स

गैलियम एक संक्षारक, चांदी के रंग की मामूली धातु है जो कमरे के तापमान के पास पिघल जाती है और इसका उपयोग अक्सर अर्धचालक यौगिकों के उत्पादन में किया जाता है।

• परमाणु चिह्न: गा
• परमाणु संख्या: ३१
• तत्व श्रेणी: संक्रमण के बाद की धातु
• घनत्व: 5.91 ग्राम / सेमी³ (73 ° F / 23 ° C पर)
• गलनांक: 85.58 ° F (29.76 ° C)
• क्वथनांक: 3999 ° F (2204 ° C)
• मोह की कठोरता: 1.5

शुद्ध गैलियम सिलवेरी-सफेद है और 85 ° F (29.4 ° C) से कम तापमान पर पिघलता है। धातु लगभग 4000 ° F (2204 ° C) तक पिघली हुई अवस्था में रहती है, जिससे यह सभी धातु तत्वों की सबसे बड़ी तरल सीमा होती है।

गैलियम केवल कुछ धातुओं में से एक है जो ठंडा होने पर फैलता है, केवल 3% से अधिक मात्रा में बढ़ रहा है।

हालांकि गैलियम आसानी से अन्य धातुओं के साथ मिश्र धातु है, यह है संक्षारक, के जाल में फैलाना, और अधिकांश धातुओं को कमजोर करना। हालांकि, इसका कम गलनांक इसे कुछ कम पिघले हुए मिश्र धातुओं में उपयोगी बनाता है।

विरोध के रूप में बुध, जो कमरे के तापमान पर भी तरल है, गैलियम त्वचा और कांच दोनों को मिटा देता है, जिससे इसे संभालना अधिक कठिन हो जाता है। गैलियम पारे के समान विषाक्त नहीं है।

1875 में पॉल-एमिल लेकोक डी बोइसबुड्रान द्वारा खोजा गया था, जबकि स्पैलेराइट अयस्कों की जांच करते हुए, 20 वीं शताब्दी के उत्तरार्द्ध तक किसी भी व्यावसायिक अनुप्रयोगों में गैलियम का उपयोग नहीं किया गया था।

गैलियम एक संरचनात्मक धातु के रूप में बहुत कम उपयोग है, लेकिन कई आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में इसके मूल्य को नहीं समझा जा सकता है।

प्रकाश-उत्सर्जक डायोड (LEDs) और III-V रेडियो फ़्रीक्वेंसी (RF) सेमीकंडक्टर तकनीक पर प्रारंभिक शोध से विकसित गैलियम के व्यावसायिक उपयोग, जो 1950 के दशक की शुरुआत में शुरू हुए थे।

1962 में, आईबीएम भौतिक विज्ञानी जे.बी. गुन के गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) पर किए गए शोध से कुछ के माध्यम से बहने वाले विद्युत प्रवाह के उच्च-आवृत्ति दोलन की खोज हुई। सेमीकंडक्टिंग सॉलिड्स - अब 'गन इफेक्ट' के रूप में जाना जाता है। इस सफलता ने गन डायोड (जिसे भी जाना जाता है) का उपयोग करके प्रारंभिक सैन्य डिटेक्टरों के निर्माण का मार्ग प्रशस्त किया स्थानांतरण इलेक्ट्रॉन उपकरण) जो कार रडार डिटेक्टरों और सिग्नल नियंत्रकों से लेकर नमी सामग्री डिटेक्टरों और बर्गलर तक विभिन्न स्वचालित उपकरणों में उपयोग किए गए हैं अलार्म।

GaAs पर आधारित पहले एल ई डी और लेजर का निर्माण आरसीए, जीई और आईबीएम के शोधकर्ताओं द्वारा 1960 के दशक के प्रारंभ में किया गया था।

प्रारंभ में, एल ई डी केवल अदृश्य अवरक्त लाइटवेव का उत्पादन करने में सक्षम थे, रोशनी को सेंसर और फोटो-इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों तक सीमित कर रहे थे। लेकिन ऊर्जा कुशल कॉम्पैक्ट प्रकाश स्रोतों के रूप में उनकी क्षमता स्पष्ट थी।

1960 के दशक के प्रारंभ में, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ने व्यावसायिक रूप से एलईडी की पेशकश शुरू की। 1970 के दशक तक, घड़ियों और कैलकुलेटर डिस्प्ले में उपयोग किए जाने वाले शुरुआती डिजिटल डिस्प्ले सिस्टम, जल्द ही एलईडी बैकलाइटिंग सिस्टम का उपयोग करके विकसित किए गए थे।

1970 और 1980 के दशक में और अधिक शोध के परिणामस्वरूप अधिक कुशल निक्षेपण तकनीक हुई, जिससे एलईडी तकनीक अधिक विश्वसनीय और लागत प्रभावी हो गई। गैलियम-एल्यूमीनियम-आर्सेनिक (GaAlAs) अर्धचालक यौगिकों के विकास के परिणामस्वरूप एलईडी थे जो पिछले की तुलना में दस गुना तेज थे, जबकि रंग स्पेक्ट्रम उपलब्ध था एलईडीनई, गैलियम युक्त अर्ध-प्रवाहकीय सब्सट्रेट जैसे इंडियम-गैलियम-नाइट्राइड (InGaN), गैलियम-आर्सेनाइड-फॉस्फाइड (GaAsP), और गैलियम-फॉस्फाइड (GaP) पर आधारित है।

1960 के दशक के अंत तक, अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए सौर ऊर्जा स्रोतों के हिस्से के रूप में GaAs प्रवाहकीय गुणों पर भी शोध किया जा रहा था। 1970 में, एक सोवियत शोध दल ने पहला GaAs हेट्रोस्ट्रक्चर सोलर सेल बनाया।

ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों और एकीकृत सर्किट (ICs) के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण, GaAs वेफर्स की मांग देर से बढ़ी 1990 और मोबाइल संचार और वैकल्पिक ऊर्जा के विकास के साथ सहसंबंध में 21 वीं सदी की शुरुआत प्रौद्योगिकियों।

आश्चर्य नहीं कि इस बढ़ती मांग के जवाब में, 2000 और 2011 के बीच वैश्विक प्राथमिक गैलियम उत्पादन प्रति वर्ष लगभग 100 मीट्रिक टन (MT) से दोगुना से अधिक 300MT से अधिक हो।

पृथ्वी की पपड़ी में औसत गैलियम सामग्री प्रति मिलियन लगभग 15 भाग होने का अनुमान है, लगभग लिथियम जैसा और सामान्य से अधिक नेतृत्व. धातु, हालांकि, व्यापक रूप से फैली हुई है और कुछ आर्थिक रूप से निकाले जाने योग्य अयस्क निकायों में मौजूद है।

वर्तमान में उत्पादित एल्युमिना (Al2O3) के शोधन के दौरान बॉक्साइट से जितना 90% उत्पादन किया जाता है, उतना ही वर्तमान में बॉक्साइट से निकाला जाता है। अल्युमीनियम. गैलियम की एक छोटी मात्रा का उप-उत्पाद के रूप में उत्पादन किया जाता है जस्ता Sphalerite अयस्क के शोधन के दौरान निष्कर्षण।

एल्युमिना को एल्यूमीनियम अयस्क को परिष्कृत करने की बायर प्रक्रिया के दौरान, कुचल अयस्क को सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) के गर्म घोल से धोया जाता है। यह एल्यूमिना को सोडियम एल्यूमिनेट में परिवर्तित करता है, जो टैंकों में बसता है जबकि सोडियम हाइड्रॉक्साइड शराब जिसमें अब गैलियम होता है, को पुनः उपयोग के लिए एकत्र किया जाता है।

क्योंकि यह शराब पुनर्नवीनीकरण की जाती है, गैलियम सामग्री प्रत्येक चक्र के बाद बढ़ जाती है जब तक कि यह लगभग 100-125ppm के स्तर तक नहीं पहुंच जाती। मिश्रण को फिर से लिया जा सकता है और कार्बनिक chelating एजेंटों का उपयोग करके विलायक निष्कर्षण के माध्यम से पित्त के रूप में केंद्रित किया जा सकता है।

104-140 ° F (40-60 ° C) के तापमान पर एक इलेक्ट्रोलाइटिक स्नान में, सोडियम गैलेट को अशुद्ध गैलियम में बदल दिया जाता है। एसिड में धोने के बाद, यह तब 99.9-99.99% गैलियम धातु बनाने के लिए झरझरा चीनी मिट्टी या कांच की प्लेटों के माध्यम से फ़िल्टर किया जा सकता है।

99.99% GaAs अनुप्रयोगों के लिए मानक अग्रदूत ग्रेड है, लेकिन नए उपयोगों के लिए उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती है जिसे प्राप्त किया जा सकता है वाष्पशील तत्वों या विद्युत रासायनिक शुद्धि और भिन्नात्मक क्रिस्टलीकरण को हटाने के लिए धातु को वैक्यूम के नीचे गर्म करना तरीकों।

पिछले एक दशक में, दुनिया का अधिकांश प्राथमिक गैलियम उत्पादन चीन में चला गया है जो अब दुनिया के 70% गैलियम की आपूर्ति करता है। अन्य प्राथमिक उत्पादक देशों में यूक्रेन और कजाकिस्तान शामिल हैं।

लगभग 30% वार्षिक गैलियम उत्पादन को स्क्रैप और रिसाइकिल करने योग्य सामग्री जैसे GaAs-IC आईसी वेफर्स से निकाला जाता है। अधिकांश गैलियम रीसाइक्लिंग जापान, उत्तरी अमेरिका और यूरोप में होता है।

अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण अनुमान है कि 2011 में परिष्कृत गैलियम का 310MT उत्पादन किया गया था।

दुनिया के सबसे बड़े उत्पादकों में झुहाई फंगयुआन, बीजिंग जिया सेमीकंडक्टर मैटेरियल्स और रिकैपचर मेटल्स लिमिटेड शामिल हैं।

जब मिश्र धातु गैलियम को खुरचना या धातुओं की तरह बना देती है इस्पात भंगुर। यह विशेषता, इसके बेहद कम पिघलने के तापमान के साथ, इसका अर्थ है कि संरचनात्मक अनुप्रयोगों में गैलियम का बहुत कम उपयोग है।

इसके धात्विक रूप में, गैलियम का उपयोग सिपाही और निम्न पिघल मिश्र धातुओं में किया जाता है, जैसे Galinstan®, लेकिन यह सबसे अधिक बार अर्धचालक सामग्रियों में पाया जाता है।

गैलियम के मुख्य अनुप्रयोगों को पांच समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

1. अर्धचालक: लगभग 70% वार्षिक गैलियम खपत के लिए लेखांकन, GaAs वेफर्स कई आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक की रीढ़ हैं उपकरण, जैसे कि स्मार्टफोन और अन्य वायरलेस संचार उपकरण जो बिजली की बचत और प्रवर्धन क्षमता पर निर्भर करते हैं GaAs आईसी।

2. प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एल ई डी): 2010 के बाद से, एलईडी क्षेत्र से गैलियम की वैश्विक मांग मोबाइल और फ्लैट स्क्रीन डिस्प्ले स्क्रीन में उच्च चमक एलईडी के उपयोग के कारण दोगुनी हो गई है। अधिक ऊर्जा दक्षता की दिशा में वैश्विक कदम ने तापदीप्त और कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट प्रकाश व्यवस्था पर एलईडी प्रकाश व्यवस्था के उपयोग के लिए सरकारी समर्थन का भी नेतृत्व किया है।

3. सौर ऊर्जा: सौर ऊर्जा अनुप्रयोगों में गैलियम का उपयोग दो तकनीकों पर केंद्रित है:

• गाॅस कंसंट्रेटर सोलर सेल
• कैडमियम-इंडियम-गैलियम-सेलेनाइड (CIGS) पतली फिल्म सौर सेल

अत्यधिक कुशल फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के रूप में, दोनों प्रौद्योगिकियों को विशेष रूप से सफलता मिली है अनुप्रयोगों, विशेष रूप से एयरोस्पेस और सैन्य से संबंधित है, लेकिन अभी भी बड़े पैमाने पर बाधाओं का सामना करना पड़ता है वाणिज्य उपयोग।

4. चुंबकीय सामग्री: उच्च शक्ति, स्थायी मैग्नेट कंप्यूटर, हाइब्रिड ऑटोमोबाइल, विंड टर्बाइन और विभिन्न अन्य इलेक्ट्रॉनिक और स्वचालित उपकरणों का एक प्रमुख घटक हैं। गैलियम के छोटे परिवर्धन का उपयोग कुछ स्थायी चुम्बकों में किया जाता है, जिसमें नियोडिमियम भी शामिल है-लोहा-बोरान (एनडीएफबीबी) मैग्नेट।

5. अन्य अनुप्रयोगों:

• विशेषता मिश्र और विक्रेता
• दर्पणों को गीला करना
• एक परमाणु स्टेबलाइजर के रूप में प्लूटोनियम के साथ
• निकल-मैंगनीज-गैलियम आकार स्मृति मिश्र धातु
• पेट्रोलियम उत्प्रेरक
• फार्मास्यूटिकल्स (गैलियम नाइट्रेट) सहित बायोमेडिकल अनुप्रयोग
• फोसफोर
• न्यूट्रिनो का पता लगाना

_{सूत्रों का कहना है:}

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