Gallium arseniuro -struktur, egenskaper, bruksområder

Han Gallium Arseniuro En uorganisk forbindelse dannet av et atom av det galliske elementet (GA) og et arsenatom (AS). Den kjemiske formelen er GaAs. Det er et mørk grått fast stoff som kan presentere en grønnaktig blå metallisk glans.

Nanostrukturer av denne forbindelsen er oppnådd med potensial for forskjellige bruksområder i mange elektronikkfelt. Det tilhører en gruppe materialer som kalles forbindelser III-V for plasseringen av elementene i den kjemiske periodiske tabellen.

Nanostrukturer av GAAS. Ян the.Org/lisenser/by-SA/4.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Det er et halvledermateriale, noe som betyr at strøm bare kan lede under visse forhold. Det er mye brukt i elektroniske enheter, for eksempel transistorer, GPS, LED -lys, lasere, nettbrett og smarttelefoner.

Den har egenskaper som tillater å absorbere lys enkelt og gjøre det til elektrisitet. Derfor brukes den i satellitt- og romkjøretøyer solceller.

Det gjør det mulig å generere stråling som trenger inn i forskjellige materialer og også levende organismer, uten å generere skade på disse. Bruken av en GAAS -lasertype som regenererer muskelmasse forverret av slangegiften er blitt studert.

Imidlertid er det en giftig forbindelse og kan forårsake kreft hos mennesker og dyr. Elektroniske team som blir kastet i søppeldump kan frigjøre den farlige arsen og være skadelig for helse for mennesker, dyr og miljøet.

[TOC]

Struktur

Gallium Arseniuro presenterer et forhold på 1: 1 mellom et element i gruppe III i den periodiske tabellen og et element i gruppe V, så det kalles forbindelse III-V.

Det anses å være et intermetallisk fast stoff sammensatt av arsen (AS) og gallium (GA) med oksidasjonstilstander som spenner fra GA⁽⁰⁾Ess⁽⁰⁾ til Ga⁽⁺³⁾Ess^(-3).

Gallium Arseniuro Crystal. W. Oelen/CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

• Gallium Arseniuro
• Gallium monoarsers

Egenskaper

Fysisk tilstand

Mørkegrå krystallinsk faststoff med grønnaktig blå eller grå støv glans. Krystallene hans er kubikk.

Gaas -krystaller. Venstre: polert side. Til høyre: grov side. Materialscientist på engelsk Wikipedia/CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Molekylær vekt

144,64 g/mol

Smeltepunkt

1238 ºC

Tetthet

5,3176 g/cm³ ved 25 ° C.

Løselighet

I vann: mindre enn 1 mg/ml ved 20 ° C.

Kjemiske egenskaper

Den har et hydrat som kan danne syresalter. Det er stabilt i tørr luft. I fuktig luft mørkner det.

Du kan reagere med damp, syrer og syregass ved å avgi den giftige gassen som kalles arsina, arsano eller arsen hydrid (aske₃). Reagerer med baser som sender ut hydrogengass.

Det blir angrepet av konsentrert saltsyre og av halogener. Når det er smeltet, angriper kvarts. Hvis den er fuktet, gir den en lukt av hvitløk, og hvis den gjennomgår oppvarming til nedbrytningen avgir veldig giftige gasser av arsen.

Kan tjene deg: sinkkromat: struktur, egenskaper, innhenting, bruk

Andre fysiske egenskaper

Det er et halvledermateriale som betyr at det kan oppføre seg som en elektrisitetsleder eller som en isolator av dette avhengig av forholdene den sendes inn, for eksempel det elektriske feltet, trykket, temperaturen eller strålingen som den mottar mottar.

Elektroniske bånd

Den har en energigapbredde på 1 424 eV (elektronvolt). Energigapbredden, forbudt bånd- eller båndgap (engelsk Bandgap) er rommet mellom elektronene til et atom.

Jo større energigapbredde, jo større er energien som elektronene kreves for å "hoppe" til neste lag og gjøre halvlederbytte til en ledende tilstand.

GAAS har en energifapets bredde enn silisium, og dette gjør den svært motstandsdyktig mot stråling. Det er også en direkte gapbredde, så den kan avgi lys mer effektivt enn silisium, hvis gapbredde er indirekte.

Å skaffe

Kan oppnås ved å passere en gassblanding av hydrogen (h₂) og arsen på galliumoksid (III) (GA₂ENTEN₃) ved 600 ° C.

Det kan også fremstilles ved reaksjon mellom galliumklorid (III) (GACL₃) og arsenoksid (som₂ENTEN₃) ved 800 ° C.

Bruk i solceller

Gallium arseniuro har blitt brukt i solceller siden 1970 -tallet, ettersom det har enestående fotovoltaiske egenskaper som gir det fordel fremfor andre materialer.

Det fungerer bedre enn silisium når du konverterer solenergi til strøm, ettersom den leverer mer energi under høye varmeforhold eller lite lys, to av de vanlige forholdene som støtter solceller, der det er endringer i belysning og temperaturnivå.

Noen av disse solcellene brukes i biler som fungerer med solenergi, romkjøretøyer og satellitter.

GAAS solceller i en liten satellitt. United States Naval Academy / Public Domain. Kilde: Wikimedia Commons.

Fordeler med GAAs for denne applikasjonen

Det er motstandsdyktig mot fuktighet og ultrafiolett stråling, noe som gjør den mer holdbar for miljøforhold og lar deg bruke den i luftfartsapplikasjoner.

Den har en lav temperaturkoeffisient, så den mister ikke effektiviteten ved høye temperaturer og motstår høye akkumulerte stråledoser. Stråling -forårsaket skade kan fjernes med temperert til bare 200 ° C.

Den har en høy absorpsjonskoeffisient av lysfotoner, så den har en høy ytelse med lite lys, det vil si at den mister veldig lite energi når det er dårlig solbelysning.

Kan tjene deg: ionisk lenke: egenskaper, hvordan det dannes og eksemplerGAAS -solceller er til og med effektive i nærvær av lite lys. Forfatter: Arek Sotcha. Kilde: Pixabay.

Produserer mer energi per overflate av enheter enn noen annen teknologi. Dette er viktig når liten overflate er tilgjengelig, for eksempel fly, kjøretøy eller små satellitter.

Det er et fleksibelt og lavt vektmateriale, som er effektivt selv når det brukes i veldig tynne lag, noe som gjør solcellen veldig lys, fleksibel og effektiv.

Solceller for romkjøretøyer

Romprogrammer har brukt GAAS -solceller i mer enn 25 år.

Kombinasjonen av GaAs med annet germanium, indiske og fosforforbindelser har tillatt å oppnå solcelleceller med svært høye effektiviteter som blir brukt i kjøretøyer som utforsker overflaten av planeten Mars.

Kunstnerisk versjon av Curiosity Explorer på Mars. Denne gjenstanden har GAAS -solceller. NASA / JPL-CALTECH / PUB-domene. Kilde: Wikimedia Commons.

Gaos ulempe

Det er et veldig dyrt materiale sammenlignet med silisium, som har utgjort hovedbarrieren for sin praktiske implementering i terrestriske solceller.

Metoder blir imidlertid studert for bruk i ekstremt tynne lag, noe som vil redusere kostnadene.

Bruk på elektroniske enheter

Gaaas har flere bruksområder i forskjellige elektroniske enheter.

I transistorer

Transistorer er elementer som tjener til å forsterke elektriske signaler og åpne eller lukke kretsløp, blant andre bruksområder.

Brukes i transistorer, har GAAAS større elektronisk mobilitet og større resistivitet enn silisium, så det tåler mer energi og mer frekvensforhold, og genererer mindre støy.

GAAS -transistoren brukes til å forsterke kraft. EPOP / CC0. Kilde: Wikimedia Commons.

I GPS

På 1980 -tallet tillot bruken av denne forbindelsen miniatyrisering av reseptorene i det globale posisjoneringssystemet eller GPS (forkortelse for engelsk Global Positioning System).

Dette systemet gjør det mulig å bestemme posisjonen til et objekt eller person i hele planeten med en centimeter presisjon.

Gallium arseniuro brukes i GPS -systemer. Forfatter: Foundry Co. Kilde: Pixabay.

På optoelektroniske enheter

GAAS -filmer oppnådd ved relativt lave temperaturer har utmerkede optoelektroniske egenskaper, for eksempel høy resistivitet (krever høy energi for å bli sjåfør) og rask elektronoverføring.

Hans direkte energigap gjør det egnet for bruk i denne typen enheter. De er enheter som forvandler strøm til strålende energi eller omvendt, for eksempel LED, laser, detektor, lysemitterende dioder, etc.

Kan tjene deg: karbonhybridisering: konsept, typer og deres egenskaperLED -lys lyktern. Den kan inneholde gallium arseniuro. Forfatter: Hebi B. Kilde: Pixabay.

I spesiell stråling

Egenskapene til denne forbindelsen har fremmet bruken for å generere stråling med frekvenser av terahercios, som er stråling som kan trenge gjennom alle typer materialer bortsett fra metaller og vann.

Strålingen av terahercios fordi det ikke er ioniserende, kan brukes ved å skaffe medisinske bilder, da det ikke skader organismens stoffer eller forårsaker endringer i DNA som x -løp.

Denne strålingen vil også tillate å oppdage skjulte våpen hos mennesker og bagasje, kan brukes i spektroskopiske analysemetoder i kjemi og biokjemi, og kan bidra til å oppdage skjulte kunstverk i veldig gamle konstruksjoner.

Potensiell medisinsk behandling

En type GAAS -laser har vist seg å være nyttig for å forbedre regenerering av muskelmasse skadet av en type slangegift hos mus. Det kreves imidlertid studier for å bestemme effektiviteten hos mennesker.

Forskjellige lag

Det brukes som halvleder i Magiter -enheter, termistorer, kondensatorer, fotoelektronisk overføring av data per optisk fiber, mikrobølger, integrerte kretser som brukes i enheter for satellittkommunikasjon, radarsystemer, smarttelefoner (4G -teknologi) og nettbrett.

De elektroniske kretsløpene til smarttelefoner kan inneholde GaAs. Forfatter: Arek Sotcha. Kilde: Pixabay.

Risiko

Det er en ekstremt giftig forbindelse. Langvarig eksponering eller gjentatte ganger for dette materialet forårsaker skade på kroppen.

Eksponeringssymptomer kan omfatte hypotensjon, hjertesvikt, anfall, hypotermi, lammelse, luftveisødem, cyanose, levercirrhose, nyreskade, hematuri og leukopeni, blant mange andre.

Kan forårsake kreft og skade fruktbarhet. Det er giftig og kreftfremkallende også for dyr.

Farlig avfall

Den økende bruken av GAA på elektroniske enheter har generert bekymring for destinasjonen til dette materialet i miljøet og dets potensielle risiko for offentlig og miljøhelse.

Det er en latent risiko for arsen frigjøring (giftig og giftig.

Enkelte studier viser at pH- og oksidenuksjonsforhold i søppeldumpene er viktige for korrosjonen av GaAs og Arsenic frigjøring. En pH på 7,6 og lav normal oksygenatmosfære kan frigjøres opptil 15% av denne giftige metalloid.

Elektronisk utstyr skal ikke kastes i søppeldumpene fordi GAAer kan frigjøre arsen giftig. Forfatter: Inesby. Kilde: Pixabay.

Referanser

1. ELLER.S. National Library of Medicine. (2019). Gallium arsenid. Gjenopprettet fra Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov.
2. Choudhury, s.TIL. et al. (2019). Metallnanrukturer for solceller. I nanomaterialer for solcelleapplikasjoner. Gjenopprettet fra Scientedirect.com.
3. Ramos-Ruiz, a. et al. (2018). Gallium arsenid (GAAS) utvaskingsatferd og overflatekjemiendringer som respons på pH og eller₂. Avfallshåndtering 77 (2018) 1-9. Gjenopprettet fra Scientedirect.com.
4. Schlesinger, t.OG. (2001). Gallium arsenid. I Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Gjenopprettet fra Scientedirect.com.
5. Mylvaganam, k. et al. (2015). Hardtynne filmer. Gaas film. Egenskaper og produksjon. I anti-slipende nanokoatinger. Gjenopprettet fra Scientedirect.com.
6. Bly, d.R. (Editor) (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85^th CRC Press.
7. Elinoff, g. (2019). Gallium arsenid: En annen spiller innen halvledeteknologi. Gjenopprettet fra alboutcircuits.com.
8. Silva, l.H. et al. (2012). GAAS 904-nm laserbestråling forbedrer masseutvinning av myofiber under regenerering av skjelettmuskel tidligere skadet av crotoxin. Lasers Med Sci 27, 993-1000 (2012). Lenke gjenopprettet.Springer.com.
9. Lee, s.-M. et al. (2015). Ultratin GaAs solceller med høy yt. ACS Nano. 2015 27. oktober; 9 (10): 10356-65. NCBI kom seg.NLM.NIH.Gov.
10. Tanaka, a. (2004). Toksisitet av indiumarsenid, galliumarsenid og aluminiums galliumarsenid. Toxicol Appl Pharmacol. 2004 1. august; 198 (3): 405-11. NCBI kom seg.NLM.NIH.Gov.