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