Gallium Arseniuro Struktura, właściwości, zastosowania, ryzyko

On Gali Arseniuro Związek nieorganiczny utworzony przez atom elementu galicznego (GA) i atom arsenowy (AS). Jego formuła chemiczna to GAAS. To ciemnoszare stałe, które może przedstawić zielonkawo -niebieski metalowy połysk.

Nanostruktury tego związku uzyskano z możliwością różnych zastosowań w wielu dziedzinach elektroniki. Należy do grupy materiałów zwanych związkami III-V dla lokalizacji jego pierwiastków w chemicznej tabeli okresowej.

Nanostruktury GAAS. Ян.Org/licencje/nabrzeże/4.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Jest to materiał półprzewodnikowy, co oznacza, że ​​energia elektryczna może prowadzić tylko w określonych warunkach. Jest szeroko stosowany w urządzeniach elektronicznych, takich jak tranzystory, GPS, światła LED, lasery, tablety i smartfony.

Ma cechy, które pozwalają łatwo wchłaniać światło i tworzyć energię elektryczną. Dlatego jest stosowany w ogniwach słonecznych satelitarnych i kosmicznych.

Pozwala generować promieniowanie, które penetruje różne materiały, a także żywe organizmy, bez generowania ich uszkodzenia. Zbadano zastosowanie typu laserowego GAAS, który regeneruje masę mięśniową pogorszeniem przez zatrucie węża.

Jest to jednak związek toksyczny i może powodować raka u ludzi i zwierząt. Zespoły elektroniczne odrzucone na śmieciach mogą uwolnić niebezpieczny arsen i być szkodliwe dla zdrowia ludzi, zwierząt i środowiska.

[TOC]

Struktura

Arseniu galu przedstawia stosunek 1: 1 między elementem grupy III tabeli okresowej a pierwiastkiem grupy V, więc nazywa się to związek III-V.

Jest uważany za międzymetaliczną substancję stałą złożoną z arsenu (AS) i galu (GA) ze stanami utleniania, które wahają się od GA⁽⁰⁾As⁽⁰⁾ do ga⁽⁺³⁾As^(-3).

Gallium Arseniuro Crystal. W. Oelen/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

• Gali Arseniuro
• Gali Monoarsers

Nieruchomości

Stan fizyczny

Ciemnoszare krystaliczne stałe z zielonkawym niebieskim lub szarym błyszczącym. Jego kryształy są sześcienne.

Kryształy GAAS. Po lewej: polerowana strona. Po prawej: szorstka strona. MaterialScientist w English Wikipedia/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Waga molekularna

144,64 g/mol

Temperatura topnienia

1238 ° C

Gęstość

5 3176 g/cm³ w 25 ° C.

Rozpuszczalność

W wodzie: mniej niż 1 mg/ml w 20 ° C.

Właściwości chemiczne

Ma hydrat, który może tworzyć sole kwasowe. Jest stabilny w suchym powietrzu. W wilgotnym powietrzu ciemnieje.

Możesz reagować z parą, kwasami i kwasowym gazem, emitując trujący gaz zwany arsiną, arsano lub wodorkiem arsenu (popiół₃). Reaguje z zasadami emitującymi gaz wodorowy.

Jest atakowany przez skoncentrowanego kwasu solnego i halogeny. Kiedy jest stopiony, kwarc atakuje. Jeśli jest zwilżone, oddaje zapach czosnku, a jeśli ulega ogrzewaniu, aż jego rozkład emituje bardzo toksyczne gazy arsenu.

Może ci służyć: chromian cynku: struktura, właściwości, uzyskiwanie, użycia

Inne właściwości fizyczne

Jest to materiał półprzewodnikowy, który oznacza, że ​​może zachowywać się jako przewodnik energii elektrycznej lub jako izolator tego w zależności od warunków, na które jest przesłane, takie jak pole elektryczne, ciśnienie, temperatura lub promieniowanie, które otrzymuje.

Zespoły elektroniczne

Ma szerokość szczeliny energetycznej 1424 eV (elektronvolts). Szerokość luki energetycznej, zabroniony zespół lub luka zespołu (angielski Bandgap) to przestrzeń między elektronami atomu.

Im większa szerokość szczeliny energii, tym większa energia wymagana przez elektrony do „przeskoczenia” do następnej warstwy i zmiany półprzewodnika na stan przewodzący.

GAAS ma szerokość szczeliny energii niż krzem, co czyni go wysoce odpornym na promieniowanie. Jest to również bezpośrednia szerokość szczeliny, więc może emitować światło bardziej skutecznie niż krzem, którego szerokość szczeliny jest pośrednia.

Uzyskanie

Można uzyskać przez przepuszczanie mieszaniny gazowej wodoru (h₂) i arsen na tlenku galu (III) (GA₂ALBO₃) w 600 ° C.

Można go również przygotować przez reakcję między chlorkiem galu (III) (GACL₃) i tlenku arsenu (jak₂ALBO₃) w 800 ° C.

Stosowanie w ogniwach słonecznych

Gali Arseniuro jest stosowane w ogniwach słonecznych od lat 70. XX wieku, ponieważ ma wyjątkowe cechy fotowoltaiczne, które nadają mu przewagę nad innymi materiałami.

Działa lepiej niż krzem podczas przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną, ponieważ zapewnia więcej energii w warunkach wysokich lub niewielkich światła, dwa z wspólnych warunków, które obsługują ogniwa słoneczne, gdzie występują zmiany w poziomach oświetlenia i temperatury.

Niektóre z tych ogniw słonecznych są używane w samochodach, które działają z energią słoneczną, pojazdami kosmicznymi i satelitami.

Ogniwa słoneczne GAAS w małym satelicie. Akademia Marynarki Wojennej / domeny publicznej Stanów Zjednoczonych. Źródło: Wikimedia Commons.

Zalety GAAS dla tej aplikacji

Jest odporny na wilgoć i promieniowanie ultrafioletowe, co czyni go bardziej trwałym dla warunków środowiskowych i pozwala używać go w zastosowaniach lotniczych.

Ma współczynnik niskiej temperatury, więc nie traca wydajności w wysokich temperaturach i opiera się wysokim skumulowanym dawkami promieniowania. Uszkodzenie spowodowane promieniowaniem można usunąć przez umiarkowanie do zaledwie 200 ° C.

Ma wysoki współczynnik wchłaniania fotonów światła, więc ma wysoką wydajność z niewielkim światłem, to znaczy traci bardzo mało energii, gdy jest słabe oświetlenie słoneczne.

Może ci służyć: link joniczny: Charakterystyka, sposób, w jaki jest tworzone i przykładyOgniwa słoneczne GAAS są nawet wydajne w obecności małego światła. Autor: AK SOCHA. Źródło: Pixabay.

Wytwarza więcej energii na jednostkę powierzchni niż jakakolwiek inna technologia. Jest to ważne, gdy dostępna jest mała powierzchnia, taka jak samoloty, pojazdy lub małe satelity.

Jest to elastyczny i niski materiał, który jest wydajny, nawet gdy jest stosowany w bardzo cienki warstwach, co sprawia, że ​​ogniwo słoneczne są bardzo lekkie, elastyczne i wydajne.

Ogniwa słoneczne dla pojazdów kosmicznych

Programy kosmiczne wykorzystywały ogniwa słoneczne GAAS od ponad 25 lat.

Połączenie GAA z innymi związkami germanu, indyjskiego i fosforu pozwoliło na uzyskanie bardzo wydajności ogniw słonecznych, które są stosowane w pojazdach, które badają powierzchnię planety Mars.

Artystyczna wersja The Curiosity Explorer on Mars. Ten artefakt ma ogniwa słoneczne GAAS. Domena NASA / JPL-Caltech / Pub. Źródło: Wikimedia Commons.

GAOS wada

Jest to bardzo drogi materiał w porównaniu z krzemionem, który stanowi główną barierę dla jego praktycznego wdrożenia w naziemnych ogniwach słonecznych.

Jednak badane są metody stosowania w wyjątkowo cienkich warstwach, co obniży koszty.

Używać na urządzeniach elektronicznych

GAAAS ma wiele zastosowań w różnych urządzeniach elektronicznych.

W tranzystorach

Tranzystory to elementy, które służą do wzmocnienia sygnałów elektrycznych i otwartego lub bliskiego obwodów, między innymi.

Używany w tranzystorach, GAAA ma większą mobilność elektroniczną i większą rezystywność niż krzem, więc toleruje więcej energii i większych warunków częstotliwościowych, generując mniej hałasu.

Tranzystor GAAS użyty do wzmocnienia mocy. Epop / CC0. Źródło: Wikimedia Commons.

W GPS

W latach 80. zastosowanie tego związku pozwoliło na miniaturyzację receptorów globalnego układu pozycjonowania lub GPS (akronim dla angielskiego Globalny System Pozycjonowania).

Ten system pozwala określić pozycję obiektu lub osoby na całej planecie z precyzją centymetrów.

Galum arseniuro jest stosowane w systemach GPS. Autor: Foundry Co. Źródło: Pixabay.

Na urządzeniach optoelektronicznych

Folie GAAS uzyskane w stosunkowo niskich temperaturach mają doskonałe właściwości optoelektroniczne, takie jak wysoka rezystywność (wymaga wysokiej energii, aby stać się kierowcą) i szybkie przenoszenie elektronów.

Jego bezpośrednia luka energetyczna sprawia, że ​​jest odpowiednia do stosowania w tego typu urządzenia. Są to urządzenia, które przekształcają energię energii promiennej lub odwrotnie, takie jak LED, laser, detektor, diody emitujące światło itp.

Może ci służyć: hybrydyzacja węgla: koncepcja, typy i ich cechyLatarnia LED. Może zawierać galu arseniuro. Autor: Hebi B. Źródło: Pixabay.

W specjalnym promieniowaniu

Właściwości tego związku promowały jego zastosowanie do generowania promieniowania z częstotliwościami terahercios, które są promieniowaniem, które mogą przenikać wszystkie rodzaje materiałów, z wyjątkiem metali i wody.

Promieniowanie terahercios, ponieważ nie jest hitalizacyjne, można zastosować w uzyskiwaniu obrazów medycznych, ponieważ nie uszkadza tkanin organizmu lub powoduje zmiany w DNA, takie jak.

Promieniowanie te pozwoliłoby również na wykrycie ukrytej broni u ludzi i bagażu, może być stosowane w metodach analizy spektroskopowej w chemii i biochemii i może pomóc w odkryciu ukrytych dzieł sztuki w bardzo starych konstrukcjach.

Potencjalne leczenie

Rodzaj lasera GAAS okazał się przydatny do poprawy regeneracji masy mięśniowej uszkodzonej przez rodzaj jadu węża u myszy. Jednak konieczne są badania w celu ustalenia jego skuteczności u ludzi.

Różne zespoły

Jest stosowany jako półprzewodnik w urządzeniach magicznych, termistorach, kondensatorach, fotoelektronicznej transmisji danych na światłowód, mikrofalach, zintegrowanych obwodach używanych w urządzeniach do komunikacji satelitarnej, systemach radarowych, smartfonach (technologia 4G) i tabletach.

Obwody elektroniczne smartfonów mogą zawierać GAAS. Autor: AK SOCHA. Źródło: Pixabay.

Ryzyko

Jest to wyjątkowo toksyczny związek. Przedłużone narażenie lub wielokrotnie na ten materiał powoduje uszkodzenie ciała.

Objawy narażenia mogą obejmować niedociśnienie, niewydolność serca, drgawki, hipotermia, porażenie, obrzęk oddechowy, sinica, marskość wątroby, uszkodzenie nerek, krwiomocz i leukopenia, między innymi.

Może powodować raka i uszkodzić płodność. Jest toksyczny i rakotwórczy również dla zwierząt.

Niebezpieczne odpady

Rosnące wykorzystanie GAA na urządzeniach elektronicznych wywołało obawy dotyczące miejsca docelowego tego materiału w środowisku i jego potencjalnym ryzyku dla zdrowia publicznego i środowiskowego.

Istnieje utajone ryzyko wyzwolenia arsenu (toksyczne i trujące.

Niektóre badania pokazują, że warunki pH i utleniania w wysypiskach śmieci są ważne dla korozji GAAS i uwalniania arsenu. PH 7,6 i niski normalny atmosfera tlenu może zostać uwolniony do 15% tego toksycznego metaloidu.

Sprzętu elektronicznego nie należy odrzucić na wysypiskach śmieci, ponieważ GAA mogą uwolnić toksyczne arsen. Autor: inesby. Źródło: Pixabay.

Bibliografia

1. LUB.S. National Library of Medicine. (2019). Arsenku galu. Odzyskane z Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov.
2. Choudhury, s.DO. i in. (2019). Nanruktury metali dla ogniw słonecznych. W nanomateriałach do zastosowań w zakresie ogniw słonecznych. Odzyskane z naukowym.com.
3. Ramos-Ruiz, a. i in. (2018). Gallium Arsenid (GAAS) Zachowanie i zmiany chemii powierzchni w odpowiedzi na pH i lub₂. Zarządzanie odpadami 77 (2018) 1-9. Odzyskane z naukowym.com.
4. Schlesinger, t.I. (2001). Arsenku galu. W Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Odzyskane z naukowym.com.
5. Mylvaganam, k. i in. (2015). Twarde cienkie folie. Film Gaas. Nieruchomości i produkcja. W przeciwprasa nanokieszenia. Odzyskane z naukowym.com.
6. Ołów, d.R. (redaktor) (2003). Podręcznik chemii i fizyki CRC. 85^th CRC Press.
7. Elinoff, g. (2019). Gallium Arsenide: inny gracz w technologii półprzewodników. Odzyskane z alboutCirtuits.com.
8. Silva, L.H. i in. (2012). Napromieniowanie laserowe GAAS 904-NM poprawia odzyskiwanie masy mięśniowej podczas regeneracji mięśni szkieletowych poprzednich uszkodzonych przez krotoksynę. Lasers Med Sci 27, 993-1000 (2012). Link odzyskał.Skoczek.com.
9. Lee, s.-M. i in. (2015). Wysoko wydajności Ultracien GAAS Słoneczne ogniwa słoneczne włączone z heterogenicznie zintegrowanymi dielektrycznymi nanosdrurami. ACS Nano. 27 października 2015; 9 (10): 10356-65. NCBI odzyskało.NLM.Nih.Gov.
10. Tanaka, a. (2004). Toksyczność arsendu indium, arsenu galu i gali galu. Toksykol Appl Pharmacol. 2004 sierpnia; 198 (3): 405-11. NCBI odzyskało.NLM.Nih.Gov.