Gallium adalah logam kecil korosif, berwarna perak yang meleleh di dekat suhu kamar dan paling sering digunakan dalam produksi senyawa semikonduktor.
Properti:
- Simbol Atom: Ga
- Nomor Atom: 31
- Kategori Elemen: Logam pasca transisi
- Berat jenis: 5,91 g / cm³ (pada 73 ° F / 23 ° C)
- Titik lebur: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Titik Didih: 3999 ° F (2204 ° C)
- Kekerasan Moh: 1.5
Karakteristik:
Gallium murni berwarna keperakan-putih dan meleleh pada suhu di bawah 85 ° F (29,4 ° C). Logam tersebut tetap dalam kondisi leleh hingga hampir 4000 ° F (2204 ° C), sehingga memberikan rentang cairan terbesar dari semua elemen logam.
Gallium adalah salah satu dari sedikit logam yang mengembang saat mendingin, volumenya meningkat hanya sekitar 3%.
Meskipun galium mudah bercampur dengan logam lain, memang demikian korosif, menyebar ke dalam kisi-kisi, dan melemahkan sebagian besar logam. Namun, titik lelehnya yang rendah membuatnya berguna dalam paduan leleh rendah tertentu.
Sebagai lawan air raksa, yang juga cair pada suhu kamar, galium membasahi kulit dan kaca, membuatnya lebih sulit untuk ditangani. Gallium hampir tidak beracun seperti merkuri.
Sejarah:
Ditemukan pada tahun 1875 oleh Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran ketika memeriksa bijih sphalerite, galium tidak digunakan dalam aplikasi komersial sampai bagian terakhir dari abad ke-20.
Gallium tidak banyak digunakan sebagai logam struktural, tetapi nilainya dalam banyak perangkat elektronik modern tidak dapat dikecilkan.
Penggunaan komersial galium dikembangkan dari penelitian awal pada dioda pemancar cahaya (LED) dan teknologi semikonduktor frekuensi radio III-V, yang dimulai pada awal 1950-an.
Pada tahun 1962, fisikawan IBM, J.B., penelitian Gunn tentang gallium arsenide (GaAs) menyebabkan penemuan osilasi frekuensi tinggi dari arus listrik yang mengalir melalui semikonduktor padatan - sekarang dikenal sebagai 'Efek Gunn.' Terobosan ini membuka jalan bagi detektor militer awal untuk dibangun menggunakan dioda Gunn (juga dikenal sebagai transfer perangkat elektron) yang sejak itu telah digunakan di berbagai perangkat otomatis, dari detektor radar mobil dan pengontrol sinyal hingga detektor kadar air dan pencuri alarm.
LED dan laser pertama berdasarkan GaA diproduksi pada awal 1960-an oleh para peneliti di RCA, GE, dan IBM.
Awalnya, LED hanya mampu menghasilkan gelombang cahaya inframerah yang tak terlihat, membatasi cahaya pada sensor, dan aplikasi foto-elektronik. Tetapi potensi mereka sebagai sumber cahaya kompak yang hemat energi terbukti.
Pada awal 1960-an, Texas Instruments mulai menawarkan LED secara komersial. Pada tahun 1970-an, sistem tampilan digital awal, yang digunakan dalam jam tangan dan layar kalkulator, segera dikembangkan menggunakan sistem lampu latar LED.
Penelitian lebih lanjut pada tahun 1970-an dan 1980-an menghasilkan teknik pengendapan yang lebih efisien, menjadikan teknologi LED lebih andal dan hemat biaya. Pengembangan senyawa semikonduktor gallium-aluminium-arsenik (GaAlAs) menghasilkan LED yang sepuluh kali lebih terang dari sebelumnya, sedangkan spektrum warna tersedia untuk LEDs juga maju berdasarkan substrat semi-konduktif baru yang mengandung gallium, seperti indium-gallium-nitride (InGaN), gallium-arsenide-phosphide (GaAsP), dan gallium-phosphide (GaP).
Pada akhir 1960-an, sifat konduktif Gaas juga sedang diteliti sebagai bagian dari sumber tenaga surya untuk eksplorasi ruang angkasa. Pada tahun 1970, sebuah tim peneliti Soviet menciptakan sel surya heterostruktur GaAs pertama.
Sangat penting untuk pembuatan perangkat optoelektronik dan sirkuit terintegrasi (IC), permintaan untuk wafer GaAs melonjak pada akhir 1990-an dan awal abad ke-21 berkorelasi dengan perkembangan komunikasi seluler dan energi alternatif teknologi.
Tidak mengherankan, dalam menanggapi permintaan yang terus meningkat ini, antara tahun 2000 dan 2011 produksi galium primer global lebih dari dua kali lipat dari sekitar 100 metrik ton (MT) per tahun menjadi lebih dari 300MT.
Produksi:
Kandungan rata-rata galium di kerak bumi diperkirakan sekitar 15 bagian per juta, kira-kira mirip dengan lithium dan lebih umum daripada memimpin. Logam ini, bagaimanapun, tersebar luas dan hadir dalam beberapa badan bijih yang dapat diekstraksi secara ekonomis.
Sebanyak 90% dari semua galium primer yang dihasilkan saat ini diekstraksi dari bauksit selama pemurnian alumina (Al2O3), sebuah prekursor untuk aluminium. Sejumlah kecil gallium diproduksi sebagai produk sampingan dari seng ekstraksi selama pemurnian bijih sphalerite.
Selama Proses Bayer pemurnian bijih aluminium menjadi alumina, bijih yang dihancurkan dicuci dengan larutan natrium hidroksida (NaOH) yang panas. Ini mengubah alumina menjadi natrium aluminat, yang mengendap dalam tangki sementara cairan natrium hidroksida yang sekarang mengandung galium dikumpulkan untuk digunakan kembali.
Karena cairan ini didaur ulang, kandungan galium meningkat setelah setiap siklus hingga mencapai tingkat sekitar 100-125ppm. Campuran kemudian dapat diambil dan dipekatkan sebagai gallate melalui ekstraksi pelarut menggunakan agen pengkelat organik.
Dalam bak elektrolitik pada suhu 104-140 ° F (40-60 ° C), natrium gallate dikonversi menjadi gallium tidak murni. Setelah dicuci dengan asam, ini kemudian dapat disaring melalui keramik berpori atau pelat kaca untuk membuat logam gallium 99,9-99,99%.
99,99% adalah tingkat prekursor standar untuk aplikasi GaA, tetapi penggunaan baru membutuhkan kemurnian yang lebih tinggi yang dapat dicapai memanaskan logam di bawah vakum untuk menghilangkan elemen volatil atau pemurnian elektrokimia dan kristalisasi fraksional metode.
Selama dekade terakhir, banyak produksi galium utama dunia telah pindah ke Cina yang sekarang memasok sekitar 70% dari galium dunia. Negara-negara penghasil utama lainnya termasuk Ukraina dan Kazakhstan.
Sekitar 30% dari produksi galium tahunan diekstraksi dari skrap dan bahan-bahan yang dapat didaur ulang seperti wafer IC yang mengandung GaA. Sebagian besar daur ulang galium terjadi di Jepang, Amerika Utara, dan Eropa.
Itu Survei Geologi AS memperkirakan bahwa 310MT galium halus diproduksi pada tahun 2011.
Produsen terbesar dunia termasuk Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials, dan Recapture Metals Ltd.
Aplikasi:
Ketika paduan gallium cenderung menimbulkan korosi atau membuat logam suka baja rapuh. Sifat ini, bersama dengan suhu lelehnya yang sangat rendah, berarti bahwa galium sedikit digunakan dalam aplikasi struktural.
Dalam bentuk logamnya, galium digunakan dalam solder dan paduan leleh rendah, seperti Galinstan®, tetapi paling sering ditemukan dalam bahan semikonduktor.
Aplikasi utama Gallium dapat dikategorikan ke dalam lima kelompok:
1. Semikonduktor: Menghasilkan sekitar 70% dari konsumsi gallium tahunan, wafer GaAs adalah tulang punggung dari banyak elektronik modern perangkat, seperti smartphone dan perangkat komunikasi nirkabel lainnya yang mengandalkan penghematan daya dan kemampuan amplifikasi IC GaAs.
2. Light Emitting Diodes (LEDs): Sejak 2010, permintaan global untuk gallium dari sektor LED dilaporkan dua kali lipat, karena penggunaan LED kecerahan tinggi di layar tampilan layar mobile dan layar datar. Langkah global menuju efisiensi energi yang lebih besar juga telah menyebabkan dukungan pemerintah untuk penggunaan lampu LED di atas lampu pijar dan lampu neon kompak.
3. Energi surya: Penggunaan Gallium dalam aplikasi energi surya difokuskan pada dua teknologi:
- Konsentrator sel surya GaAs
- Sel surya film tipis Cadmium-indium-gallium-selenide (CIGS)
Sebagai sel fotovoltaik yang sangat efisien, kedua teknologi telah berhasil dalam spesialisasi aplikasi, terutama yang terkait dengan kedirgantaraan dan militer tetapi masih menghadapi hambatan untuk skala besar penggunaan komersial.
4. Bahan magnetik: Kekuatan tinggi, permanen magnet adalah komponen kunci dari komputer, mobil hibrida, turbin angin dan berbagai peralatan elektronik dan otomatis lainnya. Penambahan kecil gallium digunakan dalam beberapa magnet permanen, termasuk neodymium-besi-boron (NdFeB) magnet.
5. Aplikasi lain:
- Paduan dan solder khusus
- Membasahi cermin
- Dengan plutonium sebagai penstabil nuklir
- Nikel-manganpaduan memori bentuk -gallium
- Katalis minyak bumi
- Aplikasi biomedis, termasuk obat-obatan (gallium nitrate)
- Fosfor
- Deteksi Neutrino
Sumber:
Softpedia. Sejarah LED (Light Emitting Diodes).
Sumber: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Kimia Aluminium, Gallium, Indium, dan Thallium." Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barrat, Curtis A. "III-V Semikonduktor, Sejarah dalam Aplikasi RF." ECS Trans. 2009, Volume 19, Edisi 3, Halaman 79-84.
Schubert, E. Fred. Dioda Pemancar Cahaya. Institut Politeknik Rensselaer, New York. Mei 2003.
USGS. Ringkasan Komoditas Mineral: Gallium.
Sumber: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Laporan SM. Produk Sampingan Logam: Hubungan Aluminium-Gallium.
URL: www.strategic-metal.typepad.com