GALLIUM ARSENIDE: ISTRAKTURA, PAG-AARI, GAMIT, PANGANIB - CHEMISTRY - 2024

Ang gallium arsenide isang hindi anorganikong compound na binubuo ng elemento ng gallium atom (Ga) at arsenic atom (As). Ang formula ng kemikal nito ay GaAs. Ito ay isang madilim na kulay-abo na solid na maaaring magkaroon ng isang asul-berde na metal na sheen.

Ang mga nanostructure ng tambalang ito ay nakuha na may potensyal para sa iba't ibang paggamit sa maraming larangan ng electronics. Ito ay kabilang sa isang pangkat ng mga materyales na tinatawag na compound III-V dahil sa lokasyon ng mga elemento nito sa kemikal na pana-panahong talahanayan.

Mga GaAs nanostructures. Яна Сычикова, Сергей Ковачёв / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ito ay isang materyal na semiconductor, na nangangahulugang maaari itong magsagawa ng kuryente sa ilalim lamang ng ilang mga kundisyon. Malawakang ginagamit ito sa mga elektronikong aparato, tulad ng mga transistor, GPS, LED light, laser, tablet, at mga matalinong telepono.

Mayroon itong mga katangian na nagbibigay-daan sa madaling sumipsip ng ilaw at i-convert ito sa enerhiya ng kuryente. Para sa kadahilanang ito ay ginagamit ito sa mga solar cell ng mga satellite at mga sasakyang pang-espasyo.

Pinapayagan nito ang pagbuo ng radiation na tumagos sa iba't ibang mga materyales at nabubuhay din na mga organismo, nang hindi nagiging sanhi ng pinsala sa kanila. Napag-aralan ang paggamit ng isang uri ng GaAs laser na nagbabagong buhay ng kalamnan na napinsala ng lason ng ahas.

Gayunpaman, ito ay isang nakakalason na tambalan at maaaring maging sanhi ng cancer sa mga tao at hayop. Ang mga kagamitang elektroniko na natatapon sa mga landfill ay maaaring maglabas ng mapanganib na arsenic at makakasama sa kalusugan ng mga tao, hayop at sa kapaligiran.

Istraktura

Ang Gallium arsenide ay may ratio na 1: 1 sa pagitan ng isang elemento ng Pangkat III ng pana-panahong talahanayan at isang elemento ng Pangkat V, kung kaya't tinawag itong compound III-V.

Ito ay itinuturing na isang intermetallic solid na binubuo ng arsenic (As) at gallium (Ga) na may mga estado ng oksihenasyon mula sa Ga ⁽⁰⁾ Bilang ⁽⁰⁾ hanggang Ga ⁽⁺³⁾ Bilang ^(-3) .

Ang kristal ng Gallium arsenide. W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Pangngalan

• Gallium arsenide
• Gallium monoarsenide

Ari-arian

Pisikal na estado

Madilim na kulay-abo na kristal na solid na may asul-berde na metal na kinang o kulay-abo na pulbos. Ang mga kristal nito ay kubiko.

Mga kristal ng GaA. Kaliwa: makintab na gilid. Kanan: magaspang na bahagi. Mga Materyalista sa Ingles Wikipedia / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang bigat ng molekular

144.64 g / mol

Temperatura ng pagkatunaw

1238 ºC

Density

5.3176 g / cm ³ sa 25 ° C.

Solubility

Sa tubig: mas mababa sa 1 mg / mL sa 20 ° C.

Mga katangian ng kemikal

Mayroon itong hydrate na maaaring bumubuo ng mga acid asing-gamot. Ito ay matatag sa dry air. Sa mahalumigmig na hangin ay nagdidilim ito.

Maaari itong umepekto sa mga singaw, asido, at mga gas na acid, na naglalabas ng nakalalasong gas na tinatawag na arsine, arsan, o arsenic hydride (AsH ₃ ). Mga reaksyon sa mga base na naglalabas ng hydrogen gas.

Inatake ito ng puro hydrochloric acid at ng mga halogens. Kapag ang tinunaw ay umaatake sa kuwarts. Kung basa ito, nagbibigay ito ng isang amoy ng bawang at kung pinainit upang mabulok ito ay nagpapalabas ng mga nakakalason na gas arsenal.

Iba pang mga pisikal na katangian

Ito ay isang materyal na semiconductor, na nangangahulugang maaari itong kumilos bilang isang conductor ng kuryente o bilang isang insulator depende sa mga kondisyon kung saan ito ay sumailalim, tulad ng electric field, pressure, temperatura o radiation na natanggap nito.

Gap sa pagitan ng mga electronic band

Mayroon itong lapad ng agwat ng enerhiya na 1,424 eV (elektron volts). Ang lapad ng agwat ng enerhiya, ipinagbabawal na banda o bandgap ay ang puwang sa pagitan ng mga electron shell ng isang atom.

Ang mas malawak na puwang ng enerhiya, mas malaki ang enerhiya na hinihiling ng mga electron na "tumalon" sa susunod na shell at maging sanhi ng pagbabago ng semiconductor sa isang estado ng pagsasagawa.

Ang GaAs ay may isang mas malawak na puwang ng enerhiya kaysa sa silikon at ginagawa nitong lubos na lumalaban sa radiation. Ito rin ay isang direktang lapad ng agwat, kaya maaari itong maglabas ng ilaw nang mas epektibo kaysa sa silikon, na ang lapad ng agwat ay hindi direkta.

Pagkuha

Maaari itong makuha sa pamamagitan ng pagpasa ng isang gaseous halo ng hydrogen (H ₂ ) at arsenic over gallium (III) oxide (Ga ₂ O ₃ ) sa 600 ° C.

Maaari rin itong ihanda sa pamamagitan ng reaksyon sa pagitan ng gallium (III) klorida (GaCl ₃ ) at arsenic oxide (Bilang ₂ O ₃ ) sa 800 ° C.

Gumamit sa solar cells

Ang Gallium arsenide ay ginamit sa mga solar cells mula pa noong 1970s, dahil mayroon itong natitirang mga katangian ng photovoltaic na nagbibigay ng kalamangan sa iba pang mga materyales.

Ito ay gumaganap nang mas mahusay kaysa sa silikon sa pag-convert ng solar na enerhiya sa koryente, na naghahatid ng mas maraming enerhiya sa ilalim ng mataas na init o mababang kondisyon ng ilaw, dalawa sa mga karaniwang kondisyon na nagtatagal ang mga solar cell, kung saan may mga pagbabago sa mga antas ng pag-iilaw at temperatura.

Ang ilan sa mga solar cell na ito ay ginagamit sa mga solar na sasakyan, mga sasakyang pang-espasyo, at mga satellite.

Ang mga solar cells ng GaA sa isang maliit na satellite. Estados Unidos Naval Academy / Public domain. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Mga kalamangan ng GaAs para sa application na ito

Ito ay lumalaban sa kahalumigmigan at ultraviolet radiation, na ginagawang mas matibay laban sa mga kondisyon ng kapaligiran at pinapayagan itong magamit sa mga aplikasyon ng aerospace.

Mayroon itong mababang koepisyent ng temperatura, kaya hindi nawawala ang kahusayan sa mataas na temperatura at lumalaban sa mataas na naipon na dosis ng radiation. Ang pagkasira ng radyasyon ay maaaring alisin sa pamamagitan ng paghimok sa 200 ° C lamang.

Ito ay may isang mataas na koepisyent ng pagsipsip ng mga photon ng ilaw, kaya't mayroon itong isang mataas na pagganap sa mababang ilaw, iyon ay, nawawala ang napakaliit na enerhiya kapag may mahinang pag-iilaw mula sa araw.

Ang mga solar cells ng GaA ay mahusay kahit na sa mababang ilaw. May-akda: Arek Socha. Pinagmulan: Pixabay.

Gumagawa ito ng mas maraming enerhiya sa bawat unit area kaysa sa anumang iba pang teknolohiya. Mahalaga ito kapag mayroon kang isang maliit na lugar tulad ng sasakyang panghimpapawid, sasakyan o maliit na satellite.

Ito ay isang nababaluktot at mababang timbang ng materyal, pagiging mahusay kahit na inilapat sa napaka manipis na mga layer, na ginagawang magaan ang solar cell, nababaluktot at mahusay.

Mga solar cell para sa mga sasakyang pang-espasyo

Ang mga programa sa espasyo ay gumamit ng mga solar cell ng GaAs ng higit sa 25 taon.

Ang kumbinasyon ng GaAs kasama ang iba pang mga compound ng germanium, indium at posporus ay posible upang makakuha ng napakataas na kahusayan ng mga solar cells na ginagamit sa mga sasakyan na galugarin ang ibabaw ng planeta Mars.

Ang bersyon ng Artist ng Curiosity rover sa Mars. Ang aparato na ito ay may mga solar cells ng GaAs. NASA / JPL-Caltech / Public domain. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Kakulangan sa GaAs

Ito ay isang napaka mahal na materyal kumpara sa silikon, na naging pangunahing hadlang sa praktikal na pagpapatupad nito sa mga terrestrial solar cells.

Gayunpaman, ang mga pamamaraan para sa kanilang paggamit sa sobrang manipis na mga layer ay pinag-aaralan, na magbabawas ng mga gastos.

Gumamit sa mga elektronikong aparato

Ang mga GaA ay maraming paggamit sa iba't ibang mga elektronikong aparato.

Sa mga transistor

Ang mga transistor ay mga elemento na nagsisilbi upang palakihin ang mga de-koryenteng signal at bukas o malapit na mga circuit, bukod sa iba pang mga gamit.

Ginamit sa mga transistor, ang GaAs ay may mas mataas na elektronikong kadaliang mapakilos at mas mataas na resistivity kaysa sa silikon, kaya pinapayagan nito ang mga kondisyon ng mas mataas na enerhiya at mas mataas na dalas, na bumubuo ng mas kaunting ingay.

Ang GaAs transistor na ginamit upang palakihin ang kapangyarihan. Epop / CC0. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Sa GPS

Noong 1980s, ang paggamit ng tambalang ito ay pinapayagan ang miniaturization ng Global Positioning System o GPS (Global Positioning System) na mga tagatanggap.

Ginagawang posible ang sistemang ito upang matukoy ang posisyon ng isang bagay o tao sa buong planeta na may kawastuhan ng mga sentimetro.

Ginamit ang Gallium arsenide sa mga sistema ng GPS. May-akda: Foundry Co Pinagmulan: Pixabay.

Sa mga aparato na optoelectronic

Ang mga pelikulang GaA na nakuha sa medyo mababang temperatura ay may mahusay na mga katangian ng optoelectronic, tulad ng mataas na resistivity (nangangailangan ng mataas na enerhiya upang maging conductor) at mabilis na paglipat ng elektron.

Ang direktang puwang ng enerhiya na ginagawang angkop para sa paggamit sa ganitong uri ng aparato. Ang mga ito ay mga aparato na nagbabago ng de-koryenteng enerhiya sa nagliliwanag na enerhiya o kabaligtaran, tulad ng mga ilaw sa LED, laser, detector, light-emitting diode, atbp.

LED flashlight. Maaaring maglaman ng gallium arsenide. May-akda: Hebi B. Pinagmulan: Pixabay.

Sa espesyal na radiation

Ang mga katangian ng tambalang ito ay nagtulak sa paggamit nito upang makabuo ng radiation na may mga dalas ng terahertz, na kung saan ay radiation na maaaring tumagos sa lahat ng uri ng mga materyales maliban sa mga metal at tubig.

Ang Terahertz radiation, dahil ito ay hindi-ionizing, ay maaaring mailapat sa pagkuha ng mga medikal na imahe, dahil hindi ito makapinsala sa mga tisyu ng katawan o maging sanhi ng mga pagbabago sa DNA tulad ng X-ray.

Ang mga radiasyong ito ay gagawing posible upang makita ang mga nakatagong sandata sa mga tao at bagahe, ay maaaring magamit sa mga pamamaraan ng pagsusuri ng spectroskopiko sa kimika at biochemistry, at maaaring makatulong na alisan ng takip ang mga nakatagong gawa ng sining sa mga matandang gusali.

Potensyal na medikal na paggamot

Ang isang uri ng GaAs laser ay ipinakita na maging kapaki-pakinabang sa pagpapahusay ng pagbabagong-buhay ng kalamnan mass na nasira ng isang uri ng lason ng ahas sa mga daga. Gayunpaman, ang mga pag-aaral ay kinakailangan upang matukoy ang pagiging epektibo nito sa mga tao.

Iba't ibang mga koponan

Ginagamit ito bilang isang semiconductor sa mga aparato ng magnetoresistance, thermistors, capacitor, photoelectronic fiber optic data transmission, microwaves, integrated circuit na ginamit sa mga aparato para sa satellite komunikasyon, radar system, smartphone (4G teknolohiya) at tablet.

Ang mga electronic circuit sa mga smartphone ay maaaring maglaman ng mga GaA. May-akda: Arek Socha. Pinagmulan: Pixabay.

Mga panganib

Ito ay isang lubos na nakakalason na tambalan. Ang matagal o paulit-ulit na pagkakalantad sa materyal na ito ay nagdudulot ng pinsala sa katawan.

Ang mga sintomas ng pagkakalantad ay maaaring magsama ng hypotension, pagkabigo sa puso, mga seizure, hypothermia, paralisis, edema ng paghinga, cyanosis, cirrhosis sa atay, pinsala sa bato, hematuria, at leukopenia, bukod sa marami pa.

Maaari itong maging sanhi ng kanser at makapinsala sa pagkamayabong. Ito ay nakakalason at carcinogenic din para sa mga hayop.

Mapanganib na basura

Ang pagtaas ng paggamit ng mga GaA sa mga elektronikong aparato ay nagtaas ng mga alalahanin tungkol sa kapalaran ng materyal na ito sa kapaligiran at ang mga potensyal na peligro sa kalusugan ng publiko at pangkapaligiran.

Mayroong isang walang hanggan panganib ng paglabas ng arsenic (nakakalason at nakakalason na elemento) kapag ang mga aparato na naglalaman ng GaAs ay itatapon sa mga solidong basura ng munisipyo.

Ipinapakita ng mga pag-aaral na ang mga kondisyon ng pH at redox sa mga landfills ay mahalaga para sa kaagnasan ng GaAs at pagpapalabas ng arsenic. Sa pH 7.6 at sa ilalim ng isang normal na kapaligiran ng oxygen, hanggang sa 15% ng nakakalason na metalloid na ito ay maaaring pakawalan.

Ang mga kagamitang elektroniko ay hindi dapat itapon sa mga landfill dahil ang mga GaA ay maaaring maglabas ng nakakalason na arsenic. May-akda: INESby. Pinagmulan: Pixabay.

Mga Sanggunian

1. US National Library of Medicine. (2019). Gallium arsenide. Nabawi mula sa pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Choudhury, SA et al. (2019). Mga metal nanostructures para sa solar cells. Sa Nanomaterial para sa mga Application ng Cell ng Solar. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
3. Ramos-Ruiz, A. et al. (2018). Ang Gallium arsenide (GaAs) na pag-uugali sa leaching at kimika sa ibabaw ay nagbabago bilang tugon sa pH at O ₂ . Pamamahala ng Basura 77 (2018) 1-9. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
4. Schlesinger, TE (2001). Gallium Arsenide. Sa Encyclopedia ng Mga Materyales: Agham at Teknolohiya. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
5. Mylvaganam, K. et al. (2015). Hard manipis na pelikula. GaAs film. Mga Katangian at paggawa. Sa Anti-Abrasive Nanocoatings. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
6. Lide, DR (editor) (2003). Handbook ng CRC ng Chemistry at Physics. 85 ^th CRC Press.
7. Elinoff, G. (2019). Gallium Arsenide: Ang isa pang Player sa Teknolohiya ng Semiconductor. Nabawi mula sa allaboutcircuits.com.
8. Silva, LH et al. (2012). Ang GaAs 904-nm laser irradiation ay nagpapabuti sa myofiber mass pagbawi sa panahon ng pagbabagong-buhay ng kalamnan ng kalansay na dati ay nasira ng crotoxin. Lasers Med Sci 27, 993-1000 (2012). Nabawi mula sa link.springer.com.
9. Lee, S.-M. et al. (2015). Mataas na Pagganap Ultrathin GaAs Solar Cells Pinagana sa Heterogeneously Integrated Dielectric Periodic Nanostructures. ACS Nano. 2015 Oktubre 27; 9 (10): 10356-65. Nabawi mula sa ncbi.nlm.nih.gov.
10. Tanaka, A. (2004). Pagkalasing ng indium arsenide, gallium arsenide, at aluminyo gallium arsenide. Toxicol Appl Pharmacol. 2004 Aug 1; 198 (3): 405-11. Nabawi mula sa ncbi.nlm.nih.gov.