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Usi del gallio nella tecnologia

Nel mondo moderno il gallio è utilizzato ovunque e la vita contemporanea sarebbe irriconoscibile senza i vantaggi che esso offre.

Da una bottiglia viene versato del mercurio liquido luccicante in un piccolo recipiente di metallo.

Mentre state leggendo queste righe, gli atomi di gallio (Ga) più vicini a voi si trovano molto probabilmente all’interno del dispositivo informatico che avete a portata di mano. I dispositivi WiFi e Bluetooth presenti nei laptop, nei cellulari e nei tablet di oggi utilizzano semiconduttori all’arseniuro di gallio (GaAs) che sfruttano le proprietà di questo elemento per realizzare circuiti integrati a radiofrequenza. Negli ultimi anni, i caricabatterie per dispositivi mobili sono diventati molto più piccoli, fornendo al contempo maggiore potenza e cicli di ricarica più rapidi grazie all’utilizzo di chip semiconduttori di potenza al nitruro di gallio (GaN).

Nella sua forma elementare, il gallio fonde a quasi 30°C; è liquido appena sopra la temperatura ambiente. Se legato all'indio, il punto di fusione risultante è inferiore alla temperatura ambiente e si abbassa ulteriormente con l'aggiunta dello stagno. I loro bassi punti di fusione hanno reso la famiglia di leghe di gallio un sostituto non tossico del mercurio nelle applicazioni che richiedono un metallo liquido a temperatura ambiente. I metalli liquidi sono sempre più studiati per le applicazioni di interfaccia termica in cui il calore deve essere trasportato lontano dai chip semiconduttori caldi.

Se incorporati nei semiconduttori III-V (GaAs, GaN, GaP e altri), le proprietà elettroniche e ottiche di questi materiali li rendono superiori al silicio, anche se a un costo maggiore. Sebbene la struttura elettronica a bande dei semiconduttori a base di Ga consenta velocità di commutazione molto più elevate, qualsiasi applicazione commerciale deve bilanciare questo aspetto con i minori costi di integrazione del silicio per la produzione di circuiti integrati.

I principali usi industriali del gallio metallico oggi sono:

  • Applicazioni dei semiconduttori, come i circuiti integrati, i LED e i punti quantistici
    • Nei sistemi di materiali (GaAs, GaN, GaP)
    • Wafer in cristallo e precursori MOCVD di gallio (TMG, TMGa)
    • Come gallio metallico per l'epitassia in fase liquida e tricloruro di gallio per la produzione di TMG/TMGa
  • Veicoli elettrici e generatori eolici
    • Nei magneti forti che usano il Ga come drogante
  • Solare fotovoltaico
    • Come p-dopante nelle celle solari a base di silicio
    • Nelle celle solari a film sottile che combinano il gallio con l'indio, il rame e il selenio (CIGS)
  • Batterie speciali
    • Nell'elettrolita delle batterie al litio cloruro di tionile ad alta temperatura
  • Display LCD e OLED
    • Come ossido di gallio per parte dei film IGZO (ossido di indio e gallio e zinco) per formare i transistor che controllano la commutazione dei pixel nel backplane del display

Come si può notare, il gallio e i suoi composti hanno un numero incredibile di impieghi industriali e proprietà uniche e affascinanti rispetto ad altri elementi. Una lettura interessante e divertente è *The Disappearing Spoon* (https://www.amazon.com/Disappearing-Spoon-Madness-Periodic-Elements/dp/0316051632) di Sam Kean. Questo libro racconta storie affascinanti e insolite sui gruppi di elementi presenti nella tavola periodica, ma il titolo è direttamente legato al gallio. E, per vedere un cucchiaio che scompare in azione, guarda il video qui: https://youtu.be/t3tpj9hVbJU