Gallium arseniuro -rakenne, ominaisuudet, käyttötarkoitukset, riskit

Hän Gallium Arseniuro Epäorgaaninen yhdiste, joka muodostuu gallielementin (GA) atomilla ja arseeniatomilla (AS). Sen kemiallinen kaava on gaas. Se on tummanharmaa kiinteä aine, joka voi esittää vihertävän sinisen metallisen kiilto.

Tämän yhdisteen nanorakenteet on saatu potentiaalisesti monilla käyttötarkoituksilla monilla elektroniikan aloilla. Se kuuluu materiaaliryhmään, jota kutsutaan yhdisteiksi III-V, sen elementtien sijainti kemiallisessa jaksollisessa taulukossa.

GAA: n nanorakenteet. - marraskuu.Org/lisenssit/by-SA/4.0). Lähde: Wikimedia Commons.

Se on puolijohdemateriaali, mikä tarkoittaa, että sähkö voi johtaa vain tietyissä olosuhteissa. Sitä käytetään laajasti elektronisissa laitteissa, kuten transistorit, GPS, LED -valot, laserit, tabletit ja älypuhelimet.

Sillä on ominaisuuksia, jotka mahdollistavat valon imeytymisen helposti ja tekevät siitä sähköä. Siksi sitä käytetään satelliitti- ja avaruusajoneuvojen aurinkokennoissa.

Se mahdollistaa säteilyn tuottamisen, joka tunkeutuu erilaisiin materiaaleihin ja myös eläviin organismeihin aiheuttamatta näille vaurioita. Käärmemyrkkyjen heikentämä GAAS -lasertyypin käyttöä on tutkittu.

Se on kuitenkin myrkyllinen yhdiste ja voi aiheuttaa syöpää ihmisillä ja eläimillä. Jäytettä hylättyjä elektronisia ryhmiä voi vapauttaa vaarallisen arseenin ja olla haitallisia ihmisten, eläinten ja ympäristön terveydelle.

[TOC]

Rakenne

Gallium Arseniuro on 1: 1 -suhde jaksollisen taulukon ryhmän III elementin ja ryhmän V elementin välillä, joten sitä kutsutaan yhdisteeksi III-V.

Sitä pidetään metallienvälisenä kiinteänä aineena, joka koostuu arseenista (AS) ja galliumista (GA) hapetustiloista, jotka vaihtelevat GA: sta⁽⁰⁾Ässä⁽⁰⁾ GA: lle⁽⁺³⁾Ässä^(-3).

Gallium arseniuro -kristalli. W -. OELEN/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0). Lähde: Wikimedia Commons.

Nimikkeistö

• Gallium Arseniuro
• Gallium monoarserit

Ominaisuudet

Fyysinen tila

Tummanharmaa kiteinen kiinteä kiinteä sininen tai harmaa pöly kiilto. Hänen kiteensä ovat kuutiometriä.

GAAS -kristallit. Vasen: kiillotettu puoli. Oikea: Karkea puoli. Materialscientist englanniksi Wikipedia/CC BY-S (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0). Lähde: Wikimedia Commons.

Molekyylipaino

144,64 g/mol

Sulamispiste

1238 ºC

Tiheys

5 3176 g/cm³ 25 ° C: ssa.

Liukoisuus

Vesi: alle 1 mg/ml 20 ° C: ssa.

Kemialliset ominaisuudet

Siinä on hydraatti, joka voi muodostaa happasuoloja. Se on vakaa kuiva ilmassa. Kosteassa ilmassa se tummenee.

Voit reagoida höyryn, happojen ja happokaasun kanssa säteilemällä myrkyllistä kaasua, jota kutsutaan Arsina-, arsano- tai arseenihydridiksi (tuhka₃-A. Reagoi vetykaasun emäksen kanssa.

Sitä hyökkäävät väkevöityyn suolahapolla ja halogeenilla. Kun se on sulaa, kvartsi hyökkää. Jos se on kostutettu, se antaa valkosipulin hajun ja jos se lämmittää, kunnes sen hajoaminen emittoi erittäin myrkyllisiä kaasuja arseenista.

Voi palvella sinua: sinkkikromaatti: rakenne, ominaisuudet, hankkiminen, käyttö

Muut fysikaaliset ominaisuudet

Se on puolijohdemateriaali, joka tarkoittaa, että se voi toimia sähköjohtimena tai tämän eristimenä riippuen olosuhteista, joihin se toimitetaan, kuten sähkökenttä, paine, lämpötila tai säteily, jonka se vastaanottaa.

Elektroniset nauhat

Sen energiakuilun leveys on 1 424 eV (Electronvolts). Energiakuilun leveys, kielletty bändi tai bändivaukko (englanti Kaistalevy) on atomin elektronien välinen tila.

Mitä suurempi energiakuilun leveys, sitä suurempi energia, jota elektronit vaativat "hyppäämään" seuraavaan kerrokseen ja tekevät puolijohdekorvauksesta johtavaan tilaan.

GAA: lla on energiakuilun leveys kuin pii ja tämä tekee siitä erittäin kestävän säteilylle. Se on myös suora raon leveys, joten se voi säteillä valoa tehokkaammin kuin pii, jonka raon leveys on epäsuora.

Saada

Voidaan saada ohittamalla vetykaasuseos (H₂) ja arseeni galliumoksidissa (III) (GA₂JOMPIKUMPI₃) 600 ° C: ssa.

Se voidaan valmistaa myös reaktiolla galliumkloridin (III) välillä (GACL₃) ja arseenioksidi (AS₂JOMPIKUMPI₃) 800 ° C: ssa.

Käyttö aurinkokennoissa

Gallium Arseniuroa on käytetty aurinkokennoissa 1970 -luvulta lähtien, koska sillä on erinomaiset aurinkosähköominaisuudet, jotka antavat sille etua muihin materiaaleihin nähden.

Se toimii paremmin kuin piitä muuttaessaan aurinkoenergiaa sähköksi, koska se tuottaa enemmän energiaa korkeissa lämpöolosuhteissa tai pienessä valossa, kaksi aurinkokennoja tukevista yleisistä olosuhteista, joissa valaistus- ja lämpötilatasossa tapahtuu muutoksia.

Joitakin näistä aurinkokennoista käytetään autoissa, jotka toimivat aurinkoenergian, avaruusajoneuvojen ja satelliitien kanssa.

GAAS -aurinkokennot pienessä satelliitissa. Yhdysvaltain merivoimien akatemia / julkinen alue. Lähde: Wikimedia Commons.

GaA: n edut tähän hakemukseen

Se on kosteuden ja ultraviolettisäteilyn kestävyys, mikä tekee siitä ympäristöolosuhteiden kestävämmän ja antaa sinun käyttää sitä ilmailu- ja avaruussovelluksissa.

Sillä on matala lämpötilakerroin, joten se ei menetä tehokkuutta korkeissa lämpötiloissa ja se kestää korkeita kertyneet säteilyannokset. Säteilylle aiheutuvat vauriot voidaan poistaa lauhkealla vain 200 ° C: seen.

Sillä on korkea valon fotonien absorptiokerroin, joten sillä on korkea suorituskyky pienellä valolla, ts. Se menettää hyvin vähän energiaa, kun aurinkovalaistus on huonoa.

Voi palvella sinua: Ionilinkki: Ominaisuudet, miten se muodostuu ja esimerkkejäGAAS -aurinkokennot ovat jopa tehokkaita pienen valon läsnä ollessa. Kirjoittaja: Arek Sotha. Lähde: Pixabay.

Tuottaa enemmän energiaa yksikköä kohti kuin mikään muu tekniikka. Tämä on tärkeää, kun on saatavana pieni pinta, kuten lentokoneet, ajoneuvot tai pienet satelliitit.

Se on joustava ja matalapainoinen materiaali, joka on tehokas, vaikka levitetään erittäin ohuissa kerroksissa, mikä tekee aurinkokennosta erittäin kevyen, joustavan ja tehokkaan.

Aurinkokennot avaruusajoneuvoille

Avaruusohjelmat ovat käyttäneet GAAS -aurinkokennoja yli 25 vuoden ajan.

GAA: ien yhdistelmä muiden germanium-, intialaisten ja fosforiyhdisteiden kanssa on mahdollistanut erittäin korkean hyötysuhteen aurinkokennojen saamisen, joita käytetään ajoneuvoissa, jotka tutkivat planeetan pintaa.

Marsin uteliaisuuden tutkija taiteellinen versio. Tässä esineessä on GAAS -aurinkokennoja. NASA / JPL-Caltech / Pub-verkkotunnus. Lähde: Wikimedia Commons.

Gaosin haitta

Se on erittäin kallis materiaali verrattuna piiin, joka on muodostunut pääesteen sen käytännön toteutukselle maanpäällisissä aurinkokennoissa.

Menetelmiä tutkitaan kuitenkin erittäin ohuissa kerroksissa, jotka vähentävät kustannuksia.

Käytä elektronisissa laitteissa

GAAAS: lla on useita käyttötarkoituksia erilaisissa elektronisissa laitteissa.

Transistoreissa

Transistorit ovat elementtejä, jotka vahvistavat sähköisiä signaaleja ja avoimia tai läheisiä piirejä muun muassa.

Transistoreissa käytetty GAAA: lla on suurempi elektroninen liikkuvuus ja suurempi resistiivisyys kuin pii, joten se sietää enemmän energiaa ja useampia taajuusolosuhteita, mikä tuottaa vähemmän melua.

GAAS -transistorilla käytettiin tehoa. EPOP / CC0. Lähde: Wikimedia Commons.

GPS: ssä

1980 -luvulla tämän yhdisteen käyttö mahdollisti globaalin paikannusjärjestelmän tai GPS: n reseptoreiden pienentymisen (lyhenne englanniksi maailmanlaajuinen paikannusjärjestelmä GPS-A.

Tämä järjestelmä mahdollistaa kohteen tai henkilön sijainnin määrittämisen koko planeetalla senttimetrien tarkkuus.

Gallium arseniuroa käytetään GPS -järjestelmissä. Kirjoittaja: Foundry Co. Lähde: Pixabay.

Optoelektronisilla laitteilla

Suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa saatuilla GAAS -kalvoilla on erinomaiset optoelektroniset ominaisuudet, kuten korkea resistiivisyys (vaatii korkeaa energiaa kuljettajana) ja nopean elektronien siirron.

Hänen suora energiakuilu tekee siitä sopivan käytettäväksi tämän tyyppisissä laitteissa. Ne ovat laitteita, jotka muuttavat sähkön säteileväksi energiaksi tai päinvastoin, kuten LED, laser, ilmaisin, valoa säteilevät diodeja jne.

Voi palvella sinua: Hiilihybridisaatio: Konsepti, tyypit ja niiden ominaisuudetLED -kevyt lyhty. Se voi sisältää gallium arseniuroa. Kirjoittaja: Hebi B. Lähde: Pixabay.

Erityisessä säteilyssä

Tämän yhdisteen ominaisuudet ovat edistäneet sen käyttöä säteilyn tuottamiseksi terahercios -taajuuksilla, jotka ovat säteilyä, jotka voivat tunkeutua kaikentyyppisiin materiaaleihin, paitsi metallit ja vesi.

Terahercios -säteilyä, koska sitä ei -ionisointia voidaan käyttää lääketieteellisten kuvien saamiseksi, koska se ei vahingoita organismin kankaita tai aiheuttaa muutoksia DNA: ssa, kuten x -rakoihin.

Nämä säteily mahdollistaisivat myös piilotettujen aseiden havaitsemisen ihmisissä ja matkalaukkuissa, voidaan käyttää kemian ja biokemian spektroskooppisissa analyysimenetelmissä ja voisi auttaa löytämään piilotettuja taideteoksia hyvin vanhoissa rakenteissa.

Mahdollinen lääketieteellinen hoito

GAAS -lasertyyppi on osoittautunut hyödylliseksi parantaakseen hiirien tyyppisen käärmemehun vaurioituneen lihasmassan uudistamista. Tutkimuksia tarvitaan kuitenkin sen tehokkuuden määrittämiseksi ihmisillä.

Eri joukkueet

Sitä käytetään puolijohteena Magiter -laitteissa, termistoreissa, kondensaattoreilla, datan fotoelektronisessa siirrossa optista kuitua kohti, mikroaallot, integroidut piirit, joita käytetään satelliittiviestinnän laitteissa, tutkajärjestelmissä, älypuhelimissa (4G -tekniikassa) ja tablet -laitteissa).

Älypuhelimien elektroniset piirit voivat sisältää gaasia. Kirjoittaja: Arek Sotha. Lähde: Pixabay.

Riskejä

Se on erittäin myrkyllinen yhdiste. Pitkäaikainen altistuminen tai toistuvasti tälle materiaalille aiheuttaa kehon vaurioita.

Altistumisen oireita voivat olla hypotensio, sydämen vajaatoiminta, kouristukset, hypotermia, halvaus, hengitysdeema, syanoosi, maksakirroosi, munuaisvauriot, hematuria ja leukopenia.

Voi aiheuttaa syöpää ja vahingoittaa hedelmällisyyttä. Se on myrkyllistä ja syöpää aiheuttavaa eläimiä.

Vaarallinen jäte

GAA: ien kasvava käyttö elektronisissa laitteissa on herättänyt huolta tämän materiaalin määränpäästä ympäristössä ja sen mahdolliset riskit julkiselle ja ympäristöterveydelle.

Arseenin vapautumisen riski on piilevä (myrkyllinen ja myrkyllinen.

Tietyt tutkimukset osoittavat, että roskien pH- ja oksidenuktio -olosuhteet ovat tärkeitä GAA: n ja arseenin vapautumisen korroosiolle. PH 7,6 ja matala normaali happi -ilmakehän voi vapauttaa jopa 15% tästä myrkyllisestä metalloidista.

Elektronisia laitteita ei pidä hylätä roskien kaatopaikoissa, koska GAAS voi vapauttaa arseeni myrkyllisiä. Kirjoittaja: Inesby. Lähde: Pixabay.

Viitteet

1. TAI.S. Lääketieteen kansalliskirjasto. (2019). Gallium arsenidi. PubChemistä toipunut.NCBI.Nlm.NIH.Hallitus.
2. Choudhury, S.-Lla. et al. (2019). Metallin nanot aurinkokennoille. Nanomateriaaleissa aurinkosolujen sovelluksiin. ScienEdirect.com.
3. Ramos-Ruiz, a. et al. (2018). Gallium arsenidi (GAAS) huuhtoutumiskäyttäytyminen ja pintakemia muuttuu vasteena pH: lle ja tai tai₂. Jätehuolto 77 (2018) 1-9. ScienEdirect.com.
4. Schlesinger, t.JA. (2001). Gallium arsenidi. Materiaalien tietosanakirja: Tiede ja tekniikka. ScienEdirect.com.
5. Mylvaganam, k. et al. (2015). Kova ohuet kalvot. GAAS -elokuva. Kiinteistöt ja tuotanto. Anti-abrasiivisissa nano-. ScienEdirect.com.
6. Lyijy, d.R -. (Toimittaja) (2003). CRC: n kemian ja fysiikan käsikirja. 85^th CRC -lehdistö.
7. Elinoff, G. (2019). Gallium Arsenide: Toinen puolijohdetekniikan pelaaja. AlboutCircuits.com.
8. Silva, L.H. et al. (2012). GAAS 904 nm: n lasersäteilytys parantaa myofiberin massan palautumista luuston lihaksen uudistamisen aikana, joita krotoksiinia on aiemmin vaurioitunut. Laserit Med Sci 27, 993-1000 (2012). Linkki palautettu.Jousto.com.
9. Lee, S.-M. et al. (2015). Korkean suorituskyvyn ultrathin GAAS -aurinkokennot, jotka on mahdollista heterogeenisesti integroiduilla dielektrisillä jaksollisilla nanosdratuureilla. ACS -nano. 2015 27. lokakuuta; 9 (10): 10356-65. NCBI toipunut.Nlm.NIH.Hallitus.
10. Tanaka, a. (2004). Indium -arsenidin, gallium -arsenidin ja alumiinin gallium -arsenidin toksisuus. Toksikoli omenan farmakoli. 2004 1. elokuuta; 198 (3): 405-11. NCBI toipunut.Nlm.NIH.Hallitus.