Leute,
Außerhalb der Mauern der Indium Corporation hören wahrscheinlich nur wenige Menschen das Wort "Gallium" sehr oft. Doch in einer wichtigen Hinsicht ist Gallium für das moderne Leben von grundlegender Bedeutung: für die Beleuchtung.
Seit den Nebeln der Vorgeschichte bis etwa 1900 lebten die Menschen im Dunkeln. Die Beleuchtung ist wahrscheinlich der Aspekt des modernen Lebens, den wir am selbstverständlichsten betrachten. Diese Tatsache wurde mir vor Augen geführt, als ich mir den Film Der Mann, der Weihnachten erfand. Dieser Film ist eine Geschichte über Charles Dickensdas Schreiben von Ein Weihnachtslied. In einer Nebenhandlung des Films hilft Dickens einem seiner Verwandten, der seinen eigenen Roman schreibt. Der Verwandte beschwert sich, dass Dickens ihm nicht genug Kerzen gibt. Im London der 1840er Jahre war es für einen Schriftsteller schwer, ohne genügend Kerzen auszukommen, vor allem im Winter, wenn das Tageslicht so kurz ist. Vor 1900 war jede Form der Beleuchtung extrem teuer, eine Gallone Walöl kostete in heutiger Währung etwa 250 Dollar.
Edisons Entwicklung der praktischen Glühbirne im Jahr 1880 war ein enormer Durchbruch, der auch die Entwicklung eines elektrischen Stromnetzes vorantrieb. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war die elektrische Beleuchtung weit verbreitet und relativ kostengünstig; allerdings werden nur etwa 3 bis 5 % der von einer Glühlampe verbrauchten Energie für die Erzeugung von Licht verwendet, der Rest der Energie wird als Wärme verschwendet. Leuchtstoffröhren sind viel effizienter, aber der wahre Effizienz-Champion ist die LED-Beleuchtung. Um die Lichtmenge einer 40-Watt-Glühlampe zu erreichen, benötigt eine Kompaktleuchtstofflampe (CFL) nur 11 Watt und eine LED nur 7 Watt. Eine CFL hält mit 1200 Stunden etwa 7 Mal länger als eine Glühlampe, aber auch hier ist die LED mit mehr als 25.000 Stunden der Champion. In den meisten Fällen ist das buchstäblich ein ganzes Leben. Weder die CFL noch die frühen LEDs hatten eine angenehme Farbwiedergabe, beide hatten einen harten, hellen, bläulichen Farbton; die jüngsten Fortschritte in der LED-Technologie haben jedoch Lampen mit einer ebenso angenehmen Farbwiedergabe wie eine Glühlampe ermöglicht. In Abbildung 1 finden Sie einen Vergleich der Eigenschaften dieser verschiedenen Beleuchtungstypen.
Abbildung 1. Eine LED ist die effizienteste, langlebigste und kostengünstigste aller Lichtquellen.
Die Beleuchtung verbraucht etwa 7 % des gesamten Stromverbrauchs in den USA. Mit der zunehmenden Verbreitung von LEDs dürften diese 7 % auf 3 % oder weniger sinken. Die anfänglichen Kosten für LEDs sind immer noch recht hoch, aber wenn man ihre lange Lebensdauer und hohe Energieeffizienz berücksichtigt, sind sie insgesamt die billigste Form der Beleuchtung. In Anbetracht all dieser Vorteile ist die LED die Glühbirne von heute und in Zukunft.
Wo wird Gallium in diese Erfolgsgeschichte ein? Das Grundmaterial für LED-Glühbirnen ist Galliumnitrid.
Abbildung 2. Gallium ist ein Ausgangsmaterial für Galliumnitrid, das in LEDs verwendet wird.
Galliumnitrid und seine Verwendung in LEDs ist eine relativ junge Entwicklung, die in den 1960er Jahren begann. Wenn sich Gallium mit anderen Elementen der Gruppe V des Periodensystems (wie Stickstoff oder Arsen) verbindet, entsteht ein Halbleiter. LEDs aus Galliumarsenid kamen in den 1960er Jahren auf den Markt, gefolgt von Galliumnitrid (GaN) in den 1990er Jahren.
Reines Galliummetall hat einen erstaunlich niedrigen Schmelzpunkt - es schmilzt nur knapp über der Raumtemperatur bei etwa 29 ºC (86 ºF). Wenn Sie es in der Hand halten, schmilzt es! Bei GaN steigt der Schmelzpunkt beträchtlich an (auf über 4.500 ºF oder 2.500 ºC). Es sind die halbleitenden Eigenschaften von GaN, insbesondere seine Bandlücke, die es zu einem so attraktiven Material für den Bau von lichtemittierenden Geräten machen.
Wenn Sie also das nächste Mal eine Lampe mit einem LED-Leuchtmittel einschalten, denken Sie daran, dass es ohne Gallium oder genauer gesagt Galliumnitrid keine LED-Lampe geben würde.
Zum Wohl,
Dr. Ron
