In unserer modernen Welt kommt Gallium überall zum Einsatz, und ohne die Vorteile, die es bietet, wäre das moderne Leben nicht mehr wiederzuerkennen.
Während Sie dies lesen, befinden sich die nächstgelegenen Gallium (Ga)-Atome höchstwahrscheinlich in dem Computergerät, das sich in Ihrer Reichweite befindet. WLAN- und Bluetooth-Geräte in heutigen Laptops, Mobiltelefonen und Tablets verwenden Galliumarsenid (GaAs)-Halbleiter, deren Eigenschaften zum Bau von integrierten Hochfrequenzschaltungen genutzt werden. In den letzten Jahren sind Ladegeräte für mobile Geräte deutlich kleiner geworden und bieten gleichzeitig mehr Leistung und schnellere Ladezyklen, da sie Leistungshalbleiterchips aus Galliumnitrid (GaN) verwenden.
In seiner elementaren Form schmilzt Gallium bei knapp 30 °C; es ist knapp über Raumtemperatur flüssig. Durch die Legierung mit Indium liegt der Schmelzpunkt unter der Raumtemperatur und wird durch die Zugabe von Zinn weiter gesenkt. Die niedrigen Schmelzpunkte haben die Galliumlegierungen zu einem ungiftigen Ersatz für Quecksilber in Anwendungen gemacht, die ein flüssiges Metall bei Raumtemperatur erfordern. Flüssigmetalle werden zunehmend für Anwendungen an thermischen Schnittstellen untersucht, bei denen die Wärme von heißen Halbleiterchips abtransportiert werden muss.
Wenn sie in III-V-Halbleiter (GaAs, GaN, GaP und andere) eingebaut werden, sind diese Materialien aufgrund ihrer elektronischen und optischen Eigenschaften dem Silizium überlegen, allerdings zu höheren Kosten. Die elektronische Bandstruktur von Halbleitern auf Ga-Basis ermöglicht zwar wesentlich höhere Schaltgeschwindigkeiten, doch muss jede kommerzielle Anwendung dies gegen die niedrigeren Integrationskosten von Silizium für die Herstellung integrierter Schaltungen abwägen.
Die wichtigsten industriellen Verwendungen von Galliummetall sind heute:
- Halbleiteranwendungen, wie integrierte Schaltungen, LEDs und Quantenpunkte
- In Materialsystemen (GaAs, GaN, GaP)
- In-Kristall-Wafer und Gallium-MOCVD-Vorstufen (TMG, TMGa)
- Wie metallisches Gallium für die Flüssigphasenepitaxie und Galliumtrichlorid für die TMG/TMGa-Herstellung
- Elektrofahrzeuge und Windkraftanlagen
- In starken Magneten, die Ga als Dotierstoff verwenden
- Solar-Photovoltaik
- Als p-Dotierstoff in Solarzellen auf Siliziumbasis
- In Dünnschichtsolarzellen, die Gallium mit Indium, Kupfer und Selen (CIGS) kombinieren
- Spezialisierte Batterien
- Im Elektrolyt von Hochtemperatur-Lithium-Thionylchlorid-Batterien
- LCD- und OLED-Anzeigen
- als Galliumoxid für einen Teil der IGZO-Filme (Indium-Gallium-Zink-Oxid) zur Bildung der Transistoren, die das Schalten der Pixel in der Display-Backplane steuern
Wie Sie sehen, finden Gallium und seine Verbindungen im Vergleich zu anderen Elementen in erstaunlich vielen industriellen Bereichen Anwendung und weisen einzigartige, faszinierende Eigenschaften auf. Eine interessante und unterhaltsame Lektüre ist das Buch „The Disappearing Spoon“ (https://www.amazon.com/Disappearing-Spoon-Madness-Periodic-Elements/dp/0316051632) von Sam Kean. Dieses Buch enthält faszinierende und ungewöhnliche Geschichten über Elementgruppen aus dem Periodensystem, doch der Titel des Buches steht in direktem Zusammenhang mit Gallium. Und um einen „verschwindenden Löffel“ in Aktion zu sehen, schauen Sie sich das Video hier an: https://youtu.be/t3tpj9hVbJU
