استخدامات الغاليوم ومجالات التطبيق

في مجال المواد شبه الموصلة، يعد زرنيخيد الغاليوم (GaAs) المادة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع والتكنولوجيا هي الأكثر نضجًا. تعمل مواد أشباه الموصلات كناقلات لنشر المعلومات، ويشكل استخدامها للجاليوم ما بين 80% إلى 85% من إجمالي استهلاك الغاليوم. تُستخدم مضخمات طاقة زرنيخيد الغاليوم بشكل أساسي في مجال الاتصالات اللاسلكية، ويمكنها زيادة سرعات نقل الاتصالات إلى 100 مرة مقارنة بشبكات الجيل الرابع، مما يلعب دورًا مهمًا في دخول عصر الجيل الخامس [2]. وبسبب خصائصه الحرارية ونقطة الانصهار المنخفضة والتوصيل الحراري العالي وخصائص التدفق الجيدة، يمكن استخدام الغاليوم كوسيط لتبديد الحرارة في تطبيقات أشباه الموصلات. يستخدم معدن الغاليوم في مواد الواجهة الحرارية على شكل سبيكة أساسها الغاليوم. يمكنه تحسين قدرة تبديد الحرارة وكفاءة المكونات الإلكترونية.

تطورت تجربة تطوير الخلايا الشمسية من الخلايا الشمسية السليكونية أحادية البلورية المبكرة إلى خلايا الأغشية الرقيقة المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات. نظرًا لارتفاع تكلفة خلايا الأغشية الرقيقة من السيليكون متعدد البلورات، اكتشف الباحثون خلايا الأغشية الرقيقة من سيلينيد غاليوم الإنديوم والنحاس (CIGS) بين مواد أشباه الموصلات [3]. تتميز بطاريات CIGS بمزايا انخفاض تكاليف الإنتاج، والقدرة على الإنتاج بكميات كبيرة، ومعدلات تحويل كهروضوئية عالية، لذلك تتمتع بآفاق تطوير واسعة. ثانيًا، تتمتع كفاءة تحويل الخلايا الشمسية المركزة بزرنيخيد الغاليوم بمزايا واضحة مقارنة بالخلايا ذات الأغشية الرقيقة المصنوعة من مواد أخرى. ومع ذلك، نظرًا لارتفاع تكلفة إنتاج مواد زرنيخيد الغاليوم، فإنه يستخدم حاليًا بشكل رئيسي في مجال الطيران والمجالات العسكرية.

مع تزايد الوعي بأزمة الطاقة حول العالم، يسعى الناس إلى استبدال مصادر الطاقة غير المتجددة، ومن أبرزها الطاقة الهيدروجينية. ومع ذلك، فإن التكلفة العالية وانخفاض مستوى الأمان لتخزين الهيدروجين ونقله يعيقان تطوير هذه التكنولوجيا. الألومنيوم باعتباره العنصر المعدني الأكثر وفرة في القشرة الأرضية يمكن أن يتفاعل مع الماء لإنتاج الهيدروجين في ظل ظروف معينة. إنها مادة مثالية لتخزين الهيدروجين. ومع ذلك، فإن سطح الألومنيوم المعدني يتأكسد بسهولة ليشكل طبقة كثيفة من أكسيد الألومنيوم، مما يمنع التفاعل. وفقًا للباحثين، فقد وجد أن معدن الغاليوم ذو نقطة انصهار منخفضة يتم مزجه مع الألومنيوم، ويمكن للجاليوم أن يذيب طلاء أكسيد الألومنيوم الموجود على السطح، مما يسمح بمواصلة التفاعل[4]، كما يمكن إعادة تدوير معدن الغاليوم واستخدامه بشكل متكرر. . إن استخدام مواد سبائك الألومنيوم الغاليوم يحل إلى حد كبير مشكلة الإعداد السريع والتخزين الآمن ونقل طاقة الهيدروجين، ويحسن السلامة والاقتصاد وحماية البيئة.

يستخدم الغاليوم في الغالب في المجال الطبي بسبب خصائصه الإشعاعية الفريدة، والتي يمكن استخدامها لتصوير الأورام الخبيثة وتثبيطها [5]. تمتلك مركبات الغاليوم أنشطة واضحة مضادة للفطريات ومضادة للبكتيريا، وتحقق في النهاية غرض التعقيم عن طريق التدخل في عملية التمثيل الغذائي البكتيري. ويمكن استخدام سبائك الغاليوم لصنع موازين الحرارة، مثل موازين حرارة قصدير الغاليوم والإنديوم، وهو نوع جديد من السبائك المعدنية السائلة الآمنة وغير السامة والصديقة للبيئة ويمكن استخدامها لتحل محل موازين الحرارة الزئبقية السامة. بالإضافة إلى ذلك، تحل نسبة معينة من السبائك القائمة على الغاليوم محل الملغم التقليدي وتستخدم كمواد جديدة لحشو الأسنان للتطبيقات السريرية.

يمكن أن يشكل الغاليوم والإنديوم والثاليوم والقصدير والبزموت والزنك وما إلى ذلك سلسلة من السبائك منخفضة الانصهار بين 3 درجات و65 درجة، والتي تستخدم لقياس درجة الحرارة والتحكم فيها، وبدائل الزئبق في الأدوات، والدعم في عمليات ضبط الخرز، والطلاءات المعدنية. دوائر التبريد في الطبقة والصناعات الإلكترونية والنووية. على سبيل المثال، سبيكة الغاليوم التي تحتوي على 25% إنديوم هي سبيكة ذات نقطة انصهار منخفضة تنصهر عند 16 درجة ويمكن استخدامها في أجهزة إطفاء الحرائق الأوتوماتيكية. يمكن أن يشكل الغاليوم والنحاس والنيكل والقصدير والذهب وما إلى ذلك تدفقًا باردًا، وهو مناسب للجدران الرقيقة ذات الشكل الخاص التي يصعب لحامها واللحام البارد وسد التجويف بين المعادن وبين المعادن والسيراميك.

في صناعة الطاقة الذرية، يمكن استخدام الغاليوم كمادة موصلة للحرارة لتوصيل الحرارة خارج المفاعلات. بالإضافة إلى ذلك، يستطيع الغاليوم أيضًا امتصاص النيوترونات، وبالتالي التحكم في عدد النيوترونات وسرعة التفاعل.
ويستخدم يوديد الغاليوم في مصابيح الزئبق عالية الضغط، ويمكن أيضًا استخدام الغاليوم في صناعة مصابيح بخار الكاثود. يمكن أن تؤدي إضافة يوديد الغاليوم إلى مصباح الزئبق عالي الضغط إلى زيادة شدة إشعاع مصباح الزئبق.
نظرًا لأن الغاليوم يتمتع بخاصية "الانكماش الحراري والتمدد البارد"، فإنه يتمتع بقابلية صب جيدة ويمكن استخدامه لصنع سبائك من نوع الرصاص لجعل الخطوط واضحة.
يحتوي الغاليوم على ضغط بخار منخفض جدًا ويمكن استخدامه كسائل مانع للتسرب في أجهزة التفريغ.