ГАЛИЈУМ АРСЕНИД: СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, УПОТРЕБА, РИЗИЦИ - ХЕМИЈА - 2025

Галијум арсенид једног неорганског једињења се састоји од галијума атома елемента (Га) и арсена атомом (ас). Његова хемијска формула је ГаАс. То је тамно сива чврста супстанца која може имати плаво-зелени метални сјај.

Наноструктуре овог једињења су добијене са потенцијалом за различите намене у многим областима електронике. Припада групи материјала названих једињења ИИИ-В због положаја његових елемената у хемијској периодичној табели.

ГаАс наноструктуре. Ана Сичикова, Сергеј Ковачев / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0). Извор: Викимедиа Цоммонс.

То је полуводички материјал, што значи да може вршити струју само под одређеним условима. Широко се користи у електронским уређајима, као што су транзистори, ГПС, ЛЕД светла, ласери, таблети и паметни телефони.

Има карактеристике које му омогућавају да лако апсорбује светлост и претвара је у електричну енергију. Из тог разлога се користи у соларним ћелијама сателита и свемирским возилима.

Омогућује стварање зрачења које продире кроз разне материјале, али и у живе организме, а да их притом не оштети. Испитивана је употреба типа ГаАс ласера ​​који регенерише мишићну масу оштећену змијским отровима.

Међутим, токсично је једињење и може да изазове рак код људи и животиња. Електронска опрема која се одлаже на депоније може отпустити опасан арсен и бити штетна за здравље људи, животиња и животне средине.

Структура

Галијум арсенид има однос 1: 1 између елемента групе ИИИ периодичне табеле и елемента групе В, због чега се назива једињењем ИИИ-В.

Сматра се да је интерметална чврста супстанца састављена од арсена (Ас) и галијума (Га) са оксидационим стањем у распону од Га ⁽⁰⁾ Ас ⁽⁰⁾ до Га ⁽⁺³⁾ Ас ^(-3) .

Кристал галијум арсенида. В. Оелен / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0). Извор: Викимедиа Цоммонс.

Номенклатура

• Галијум арсенид
• Галијум моноарсенид

Својства

Физичко стање

Тамно сива кристална чврста супстанца са плаво-зеленим металним сјајем или сивим прахом. Његови кристали су кубични.

ГаАс кристали. Лево: полирана страна. Десно: груба страна. Материалциентист с енглеске Википедије / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0). Извор: Викимедиа Цоммонс.

Молекуларна тежина

144,64 г / мол

Тачка топљења

1238 ºЦ

Густина

5.3176 г / цм ³ на 25 ° Ц.

Растворљивост

У води: мање од 1 мг / мЛ на 20 ° Ц.

Хемијска својства

Има хидрат који може да формира киселе соли. Стабилна је на сувом ваздуху. У влажном ваздуху потамни.

Може да реагује са паром, киселинама и киселим гасовима, емитујући отровни гас који се назива арзин, арсен или арсен-хидрид (АсХ ₃ ). Реагира са базама које емитују водоник.

Нападају је концентрована хлороводонична киселина и халогени. Када је истопљен напада кварц. Ако се навлажи, испушта мирис белог лука, а ако се загреје до распадања, емитује високо токсичне гасове арсена.

Остала физичка својства

То је полуводички материјал, што значи да се може понашати као проводник електричне енергије или као изолатор, у зависности од услова којима је изложен, као што су електрично поље, притисак, температура или зрачење које прима.

Размак између електронских опсега

Има енергетски размак ширине од 1.424 еВ (електронски волти). Ширина енергетског јаза, забрањени опсег или размак је простор између електронских љуски атома.

Што је шири енергетски јаз, то је већа енергија потребна електронима да „скоче“ на следећу љуску и проузрокују промене полуводича у проводно стање.

ГаАс има шири енергетски јаз од силицијума и то га чини високо отпорним на зрачење. Такође је директна ширина јаза, тако да може да емитује светлост ефикасније од силицијума, чија је ширина јаза индиректна.

Прибављање

Може се добити пропуштањем гасне смеше водоника (Х ₂ ) и арсена током галијума (ИИИ) оксид (ГА ₂ О ₃ ) на 600 ° Ц.

Такође може бити припремљен реакцијом између галијум (ИИИ) хлорида (ГаЦл ₃ ) и арсена оксида (Ас ₂ О _3, ) на 800 ° Ц.

Употреба у соларним ћелијама

Галијум арсенид се користи у соларним ћелијама од 1970-их, јер има изванредне фотонапонске карактеристике које му дају предност у односу на друге материјале.

Делује боље од силикона у претварању соларне енергије у електричну енергију, испоручујући више енергије под условима високе топлоте или слабог осветљења, два уобичајена стања која подносе соларне ћелије, где постоје промене нивоа осветљења и температуре.

Неки од ових соларних ћелија користе се у аутомобилима са соларним погоном, свемирским возилима и сателитима.

ГаАс соларне ћелије на малом сателиту. Поморска академија Сједињених Држава / Публиц домаин. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Предности ГаА за ову апликацију

Отпоран је на влагу и ултраљубичасто зрачење, што га чини издржљивијим у условима окружења и омогућава употребу у ваздухопловним апликацијама.

Има низак температурни коефицијент, тако да не губи ефикасност при високим температурама и одолијева високим акумулираним дозама зрачења. Оштећења од зрачења могу се уклонити каљењем на само 200 ° Ц.

Има висок коефицијент апсорпције фотона светлости, па има високу перформансу при слабом осветљењу, односно губи врло мало енергије када је лоше осветљење од сунца.

ГаАс соларне ћелије су ефикасне чак и при слабом светлу. Аутор: Арек Соцха. Извор: Пикабаи.

Производи више енергије по јединици површине него било која друга технологија. Ово је важно када имате мало подручје попут авиона, возила или малих сателита.

То је флексибилан материјал мале тежине, ефикасан чак и када се наноси у врло танким слојевима, што соларну ћелију чини веома лаганом, флексибилном и ефикасном.

Соларне ћелије за свемирска возила

Свемирски програми користе соларне ћелије ГаАс више од 25 година.

Комбинација ГаАс са другим једињењима германијума, индијума и фосфора омогућила је добијање веома ефикасних соларних ћелија које се користе у возилима која истражују површину планете Марс.

Извођачева верзија ровера Цуриосити на Марсу. Овај уређај има соларне ћелије ГаАс. НАСА / ЈПЛ-Цалтецх / Публиц домаин. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Недостатак ГаА-а

То је веома скуп материјал у поређењу са силицијумом, који је био главна препрека његовој практичној примјени у земаљским соларним ћелијама.

Међутим, проучавају се методе за њихову употребу у изузетно танким слојевима, што ће смањити трошкове.

Користите у електронским уређајима

ГаАс има вишеструку употребу у разним електронским уређајима.

У транзисторима

Транзистори су елементи који служе за појачавање електричних сигнала и отварање или затварање кругова, између осталих намјена.

Коришћен у транзисторима, ГаАс има већу електроничку покретљивост и веће отпорност од силицијума, па подноси услове веће енергије и веће фреквенције, стварајући мање буке.

ГаАс транзистор коришћен за појачавање снаге. Епоп / ЦЦ0. Извор: Викимедиа Цоммонс.

На ГПС-у

Током 1980-их употреба овог једињења омогућила је минијатуризацију пријемника Глобал Поситионинг Систем или ГПС (Глобал Поситионинг Систем).

Овај систем омогућава прецизно одређивање положаја предмета или особе на целој планети са центиметрима.

Галијум арсенид се користи у ГПС системима. Аутор: Фоундри Цо. Извор: Пикабаи.

У оптоелектронским уређајима

ГаАс филмови добијени на релативно ниским температурама имају одлична оптоелектроничка својства, као што су велика отпорност (потребна је велика енергија да би постао проводник) и брз пренос електрона.

Његова директна енергетска празнина чини га погодним за употребу у овој врсти уређаја. То су уређаји који трансформишу електричну енергију у зрачећу енергију или обрнуто, као што су ЛЕД светла, ласери, детектори, светлеће диоде итд.

ЛЕД лампица. Може да садржи арлијум галијума. Аутор: Хеби Б. Извор: Пикабаи.

У посебном зрачењу

Својства овог једињења навела су његову употребу за генерисање зрачења са фреквенцијама терахерца, које су зрачење које може пробити све врсте материјала осим метала и воде.

Терахерцз зрачење, јер није јонизујуће, може се применити у добијању медицинских снимака, јер не оштећује ткива у телу и не изазива промене у ДНК, као што су рендген зраци.

Ова зрачења би такође омогућила откривање скривеног оружја код људи и пртљага, могла би се користити у методама спектроскопске анализе у хемији и биохемији, и могла би да помогну у откривању скривених уметничких дела у веома старим зградама.

Потенцијални медицински третман

Показало се да је једна врста ГаАс ласера ​​корисна у побољшању регенерације мишићне масе оштећене типом змијског отрова код мишева. Међутим, потребне су студије да би се утврдила његова ефикасност код људи.

Разне екипе

Користи се као полуводич у уређајима са магнетним отпором, термисторима, кондензаторима, фотоелектронским оптичким преносом података, микроталасним таласима, интегрисаним круговима који се користе у уређајима за сателитску комуникацију, радарским системима, паметним телефонима (4Г технологија) и таблетима.

Електронски склопови у паметним телефонима могу садржати ГаА. Аутор: Арек Соцха. Извор: Пикабаи.

Ризици

То је високо токсично једињење. Дуго или понављано излагање овом материјалу оштећује организам.

Симптоми излагања могу укључивати хипотензију, затајење срца, нападаје, хипотермију, парализу, респираторни едем, цијанозу, цирозу јетре, оштећење бубрега, хематурију и леукопенију, између многих других.

Може изазвати рак и оштетити плодност. Токсичан је и канцероген и за животиње.

Опасан отпад

Све већа употреба ГаА-ова у електронским уређајима изазвала је забринутост у вези судбине овог материјала у окружењу и његових потенцијалних ризика по здравље људи и животне средине.

Постоји латентни ризик од испуштања арсена (токсичног и отровног елемента) када се уређаји који садрже ГаАс одлажу на депоније чврстог комуналног отпада.

Студије показују да су пХ и редокс стања на депонијама важни за корозију ГаАс и ослобађање арсена. При пХ 7,6 и у нормалној атмосфери кисеоника, може се ослободити до 15% овог токсичног металоида.

Електронску опрему не треба одлагати на депоније јер ГаАс може да испушта токсични арсен. Аутор: ИНЕСби. Извор: Пикабаи.

Референце

1. Америчка национална медицинска библиотека. (2019). Галијум арсенид. Опоравак од пубцхем.нцби.нлм.них.гов.
2. Цхоудхури, СА и др. (2019). Металне наноструктуре за соларне ћелије. На Наноматериалс за соларне ћелије. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
3. Рамос-Руиз, А. и др. (2018). Галијум арсенид (ГаАс) лужење понашање и површинске хемије промене као одговор на пХ и О ₂ . Управљање отпадом 77 (2018) 1-9. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
4. Сцхлесингер, ТЕ (2001). Галијум арсенид. У Енциклопедији материјала: Наука и технологија. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
5. Милваганам, К. и др. (2015). Тврди танки филмови. ГаАс филм. Својства и производња. У антиабразивним нано премазима. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
6. Лиде, ДР (уредник) (2003). ЦРЦ Приручник хемије и физике. 85 ^-ог : ЦРЦ Пресс.
7. Елинофф, Г. (2019). Галијум арсенид: Још један играч у технологији полуводича. Опоравак од аллабоутцирцуитс.цом.
8. Силва, ЛХ и др. (2012). Ласерско зрачење ГаАс 904 нм побољшава опоравак масе миофибре током регенерације скелетног мишића који је претходно оштећен кротоксином. Ласерс Мед Сци 27, 993-1000 (2012). Опоравак са линка.спрингер.цом.
9. Лее, С.-М. ет ал. (2015). Соларне ћелије високих перформанси омогућене са хетерогено интегрисаним диелектричним периодичким наноструктурама. АЦС Нано. 2015 окт 27; 9 (10): 10356-65. Опоравак од нцби.нлм.них.гов.
10. Танака, А. (2004). Токсичност индијум арсенида, галијум арсенида и алуминијум галијум арсенида. Токицол Аппл Пхармацол. 2004 авг 1; 198 (3): 405-11. Опоравак од нцби.нлм.них.гов.