Logam Kecil Yang Membantu Lampu LED Bersinar Cerah
Properti:
- Simbol Atom: Ga
- Nomor Atom: 31
- Elemen Kategori: Logam pasca-transisi
- Densitas: 5,91 g / cm³ (pada 73 ° F / 23 ° C)
- Titik lebur: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Titik didih: 3999 ° F (2204 ° C)
- Kekerasan Moh: 1,5
Karakteristik:
Galium murni berwarna putih keperakan dan meleleh pada suhu di bawah 85 ° F (29,4 ° C).
Logam ini tetap dalam keadaan leleh hingga hampir 4000 ° F (2204 ° C), memberikannya rentang cairan terbesar dari semua elemen logam.
Gallium adalah salah satu dari hanya beberapa logam yang mengembang ketika mendingin, meningkatkan volume hingga lebih dari 3%.
Meskipun galium mudah dialiri logam-logam lain, ia bersifat korosif , menyebar ke dalam kisi-kisi, dan melemahkan sebagian besar logam. Titik lelehnya yang rendah, bagaimanapun, membuatnya berguna dalam campuran meleleh rendah tertentu.
Berbeda dengan merkuri , yang juga cair pada suhu kamar, gallium membasahi kulit dan kaca, membuatnya lebih sulit untuk ditangani. Gallium hampir tidak beracun seperti merkuri.
Sejarah:
Ditemukan pada tahun 1875 oleh Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran saat meneliti bijih-bijih sfalerit, galium tidak digunakan dalam aplikasi komersial apa pun hingga bagian akhir abad ke-20.
Gallium sedikit digunakan sebagai logam struktural, tetapi nilainya di banyak perangkat elektronik modern tidak dapat diremehkan.
Penggunaan komersial galium dikembangkan dari penelitian awal pada dioda pemancar cahaya (LED) dan teknologi semikonduktor frekuensi radio III-V (RF), yang dimulai pada awal 1950-an.
Pada tahun 1962, penelitian fisikawan IBM JB Gunn tentang galium arsenide (Gaas) mengarah pada penemuan osilasi frekuensi tinggi arus listrik yang mengalir melalui padatan semikonduktor tertentu - sekarang dikenal sebagai 'Efek Gunn'. Terobosan ini membuka jalan bagi detektor militer awal untuk dibangun menggunakan dioda Gunn (juga dikenal sebagai perangkat elektron transfer) yang sejak itu telah digunakan di berbagai perangkat otomatis, mulai dari detektor radar mobil dan pengontrol sinyal hingga pendeteksi kandungan kelembaban dan alarm pencuri.
LED dan laser pertama berdasarkan Gaas diproduksi pada awal 1960-an oleh para peneliti di RCA, GE, dan IBM.
Awalnya, LED hanya mampu menghasilkan sinar inframerah tak terlihat, membatasi lampu untuk sensor, dan aplikasi foto elektronik. Tetapi potensi mereka sebagai sumber cahaya compact hemat energi terbukti.
Pada awal 1960-an, Texas Instruments mulai menawarkan LED secara komersial. Pada 1970-an, sistem tampilan digital awal, yang digunakan dalam jam tangan dan tampilan kalkulator, segera dikembangkan menggunakan sistem lampu latar LED.
Penelitian lebih lanjut pada 1970-an dan 1980-an menghasilkan teknik deposisi yang lebih efisien, membuat teknologi LED lebih dapat diandalkan dan hemat biaya. Pengembangan senyawa semikonduktor gallium-aluminium-arsen (GaAlAs) menghasilkan LED yang sepuluh kali lebih terang dari sebelumnya, sedangkan spektrum warna yang tersedia untuk LED juga maju berdasarkan substrat semi-konduktif baru yang mengandung gallium, seperti indium. -gallium-nitride (InGaN), gallium-arsenide-phosphide (GaAsP), dan gallium-phosphide (GaP).
Pada akhir 1960-an, sifat konduktif Gaas juga sedang diteliti sebagai bagian dari sumber tenaga surya untuk eksplorasi ruang angkasa. Pada tahun 1970, tim peneliti Soviet menciptakan sel surya heterostructure Gaas pertama.
Penting untuk pembuatan perangkat optoelektronik dan sirkuit terpadu (IC), permintaan untuk wafer Gaas melonjak pada akhir 1990-an dan awal abad 21 dalam korelasi dengan perkembangan komunikasi bergerak dan teknologi energi alternatif.
Tidak mengherankan, dalam menanggapi permintaan yang terus meningkat ini, antara tahun 2000 dan 2011 produksi galium global utama lebih dari dua kali lipat dari sekitar 100 metrik ton (MT) per tahun menjadi lebih dari 300MT.
Produksi:
Kandungan gallium rata-rata di kerak bumi diperkirakan sekitar 15 bagian per juta, kira-kira mirip dengan lithium dan lebih umum daripada timbal . Logam, bagaimanapun, tersebar luas dan hadir di beberapa badan bijih yang diekstraksi secara ekonomis.
Sebanyak 90% dari semua gallium primer yang dihasilkan saat ini diekstraksi dari bauksit selama pemurnian alumina (Al2O3), prekursor untuk aluminium .
Sejumlah kecil galium diproduksi sebagai produk sampingan dari ekstraksi seng selama pemurnian bijih sfalerit.
Selama Proses Bayer pengilangan bijih aluminium ke alumina, bijih yang dihancurkan dicuci dengan larutan panas natrium hidroksida (NaOH). Ini mengubah alumina menjadi natrium aluminat, yang mengendap di dalam tangki sementara cairan natrium hidroksida yang sekarang mengandung gallium dikumpulkan untuk digunakan kembali.
Karena minuman keras ini didaur ulang, kadar gali meningkat setelah setiap siklus hingga mencapai tingkat sekitar 100-125ppm. Campuran kemudian dapat diambil dan dikonsentrasikan sebagai gallate melalui ekstraksi pelarut menggunakan agen chelating organik.
Dalam mandi elektrolitik pada suhu 104-140 ° F (40-60 ° C), natrium galat diubah menjadi empedu murni. Setelah mencuci dalam asam, ini kemudian dapat disaring melalui keramik berpori atau pelat kaca untuk menciptakan 99,9-99,99% logam galium.
99,99% adalah kelas prekursor standar untuk aplikasi Gaas, tetapi penggunaan baru memerlukan kemurnian lebih tinggi yang dapat dicapai dengan memanaskan logam di bawah vakum untuk menghilangkan elemen volatil atau pemurnian elektrokimia dan metode kristalisasi pecahan.
Selama dekade terakhir, sebagian besar produksi galium utama dunia telah pindah ke China yang sekarang memasok sekitar 70% dari gali dunia. Negara penghasil utama lainnya termasuk Ukraina dan Kazakhstan.
Sekitar 30% produksi galium tahunan diekstraksi dari bahan bekas dan dapat didaur ulang seperti wafer IC yang mengandung GaAs. Kebanyakan daur ulang gallium terjadi di Jepang, Amerika Utara, dan Eropa.
Survei Geologi AS memperkirakan bahwa 310MT gucium halus diproduksi pada tahun 2011.
Produsen terbesar di dunia termasuk Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials, dan Recapture Metals Ltd.
Aplikasi:
Ketika paduan gallium cenderung menimbulkan korosi atau membuat logam seperti baja rapuh. Sifat ini, bersama dengan suhu lelehnya yang sangat rendah, berarti bahwa gallium hanya sedikit digunakan dalam aplikasi struktural.
Dalam bentuk metaliknya, galium digunakan dalam solder dan paduan lelehan rendah, seperti Galinstan® , tetapi ini paling sering ditemukan dalam bahan semikonduktor.
Aplikasi utama Gallium dapat dikategorikan ke dalam lima grup:
1. Semikonduktor: Akuntansi untuk sekitar 70% dari konsumsi gallium tahunan, wafer Gaas adalah tulang punggung dari banyak perangkat elektronik modern, seperti smartphone dan perangkat komunikasi nirkabel lainnya yang bergantung pada kemampuan penghematan daya dan amplifikasi IC Gaas.
2. Light Emitting Diodes (LEDs): Sejak 2010, permintaan global untuk galium dari sektor LED dilaporkan meningkat dua kali lipat, karena penggunaan LED kecerahan tinggi di layar tampilan layar ponsel dan layar datar. Langkah global menuju efisiensi energi yang lebih besar juga telah mendorong dukungan pemerintah untuk penggunaan lampu LED di atas lampu pijar dan lampu fluorescent kompak.
3. Energi matahari: Penggunaan Gallium dalam aplikasi energi matahari difokuskan pada dua teknologi:
- Konsentrator sel surya GaAs
- Sel surya film tipis Cadmium-indium-gallium-selenide (CIGS)
Sebagai sel fotovoltaik yang sangat efisien, kedua teknologi telah berhasil dalam aplikasi khusus, terutama yang berkaitan dengan kedirgantaraan dan militer tetapi masih menghadapi hambatan untuk penggunaan komersial skala besar.
4. Bahan magnetik: Kekuatan tinggi, magnet permanen adalah komponen utama komputer, mobil hibrida, turbin angin dan berbagai peralatan elektronik dan otomatis lainnya. Penambahan galium kecil digunakan dalam beberapa magnet permanen, termasuk magnet neodymium- boron - besi (NdFeB).
5. Aplikasi lain:
- Paduan khusus dan solder
- Membasahi cermin
- Dengan plutonium sebagai penstabil nuklir
- Nikel - manganeseumium- bentuk memori paduan
- Katalis minyak bumi
- Aplikasi biomedis, termasuk obat-obatan (gallium nitrat)
- Fosfor
- Deteksi neutrino
Sumber:
Softpedia. Sejarah LED (Light Emitting Diodes).
Sumber: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Kimia Aluminium, Gallium, Indium, dan Thallium." Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V Semikonduktor, sebuah Sejarah dalam Aplikasi RF." ECS Trans . 2009, Volume 19, Edisi 3, Halaman 79-84.
Schubert, E. Fred. Dioda Pemancar Cahaya . Institut Politeknik Rensselaer, New York. Mei 2003.
USGS. Mineral Commodity Summaries: Gallium.
Sumber: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Laporan SM. By-Product Metals: Hubungan Aluminium-Gallium .
URL: www.strategic-metal.typepad.com