Gallium arseniuro struktur, egenskaper, användningar, risker

han Galliumarseniuro En oorganisk förening bildad av en atom av det galliska elementet (GA) och en arsenikatom (AS). Dess kemiska formel är GaAs. Det är ett mörkgrått fast ämne som kan presentera en grönaktig blå metallisk glans.

Nanostrukturer av denna förening har erhållits med potential för olika användningsområden inom många elektronikområden. Det tillhör en grupp material som kallas föreningar III-V för platsen för dess element i den kemiska periodiska tabellen.

Nanostrukturer av Gaas. Я fett.Org/licenser/BY-SA/4.0). Källa: Wikimedia Commons.

Det är ett halvledarmaterial, vilket innebär att el endast kan leda under vissa förhållanden. Det används ofta i elektroniska enheter, såsom transistorer, GPS, LED -lampor, lasrar, surfplattor och smartphones.

Den har egenskaper som gör det lätt att ta upp ljus och göra det elektricitet. Därför används den i satellit- och rymdfordon solceller.

Det gör det möjligt att generera strålning som penetrerar olika material och även levande organismer, utan att generera skador på dessa. Användningen av en GAAS -lasertyp som regenererar muskelmassa som försämrats av Snake Poison har studerats.

Det är emellertid en giftig förening och kan orsaka cancer hos människor och djur. Elektroniska team som kastas i sopor kan släppa den farliga arsenik och vara skadlig för människors, djur och miljön.

[TOC]

Strukturera

Gallium arseniuro presenterar ett 1: 1-förhållande mellan ett element i grupp III i periodisk tabell och ett element i grupp V, så det kallas förening III-V.

Det anses vara ett intermetalliskt fast ämne som består av arsenik (AS) och gallium (GA) med oxidationstillstånd som sträcker sig från GA⁽⁰⁾Ess⁽⁰⁾ till Ga⁽⁺³⁾Ess^(-3).

Galliumarseniuro kristall. W. Oelen/CC BY-SA (https: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0). Källa: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

• Galliumarseniuro
• Gallium monoarsers

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Mörkgrå kristallint fast med grönblå eller grå damm glans. Hans kristaller är kubiska.

GaAs kristaller. Vänster: Polerad sida. Höger: grov sida. MaterialScientist på engelska Wikipedia/CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0). Källa: Wikimedia Commons.

Molekylvikt

144,64 g/mol

Smältpunkt

1238 ºC

Densitet

5 3176 g/cm³ vid 25 ° C.

Löslighet

I vatten: mindre än 1 mg/ml vid 20 ° C.

Kemiska egenskaper

Den har ett hydrat som kan bilda syrasalter. Det är stabilt i torr luft. I fuktig luft mörknar det.

Du kan reagera med ånga, syror och syragas genom att avge den giftiga gasen som heter Arsina, Arsano eller Arsenic Hydride (Ash₃). Reagerar med baser som avger vätgas.

Det attackeras av koncentrerad saltsyra och av halogener. När det är smält attackerar kvartsen. Om det är fuktat, avger det en lukt av vitlök och om den genomgår uppvärmning tills dess sönderdelning avger mycket giftiga gaser av arsenik.

Kan tjäna dig: zinkkromat: struktur, egenskaper, erhållning, användning

Andra fysiska egenskaper

Det är ett halvledarmaterial som innebär att det kan bete sig som en elektricitetsledare eller som en isolator av detta beroende på de villkor som det lämnas in, till exempel det elektriska fältet, trycket, temperaturen eller strålningen som den får.

Elektroniska band

Den har en energigapbredd på 1 424 eV (elektronvolter). Energikapslan, förbjudet band eller bandgap (engelska Bandgap) är utrymmet mellan elektronerna i en atom.

Ju större energigapbredd är, desto större är den energi som krävs av elektronerna att "hoppa" till nästa lager och göra halvledaren till ett ledande tillstånd.

GaAs har en energikoppbredd än kisel och detta gör det mycket motståndskraftigt mot strålning. Det är också en direkt gapbredd, så den kan avge ljus mer effektivt än kisel, vars gapbredd är indirekt.

Erhållande

Kan erhållas genom att passera en gasblandning av väte (h₂) och arsenik på galliumoxid (iii) (GA₂ANTINGEN₃) vid 600 ° C.

Det kan också framställas genom reaktion mellan galliumklorid (III) (GACL₃) och arsenikoxid (som₂ANTINGEN₃) vid 800 ° C.

Användning i solceller

Gallium Arseniuro har använts i solceller sedan 1970 -talet, eftersom det har enastående fotovoltaiska egenskaper som ger det fördel över andra material.

Det fungerar bättre än kisel när man omvandlar solenergi till elektricitet, eftersom det ger mer energi under höga värmeförhållanden eller lite ljus, två av de vanliga förhållandena som stöder solceller, där det finns förändringar i belysning och temperaturnivåer.

Några av dessa solceller används i bilar som arbetar med solenergi, rymdfordon och satelliter.

GaAs solceller i en liten satellit. United States Naval Academy / Public Domain. Källa: Wikimedia Commons.

Fördelar med GaAs för denna applikation

Det är resistent mot fukt och ultraviolett strålning, vilket gör det mer hållbart för miljöförhållanden och gör att du kan använda den i flyg- och rymdansökningar.

Den har en låg temperaturkoefficient, så den tappar inte effektiviteten vid höga temperaturer och motstår höga ackumulerade strålningsdoser. Strålningsskadade skador kan avlägsnas med tempererade till endast 200 ° C.

Den har en hög absorptionskoefficient av fotoner av ljus, så det har en hög prestanda med lite ljus, det vill säga det förlorar mycket lite energi när det finns dålig solljus.

Kan tjäna dig: jonisk länk: egenskaper, hur den bildas och exempelGaAs solceller är till och med effektiva i närvaro av lite ljus. Författare: ask Socha. Källa: Pixabay.

Producerar mer energi per enhetsyta än någon annan teknik. Detta är viktigt när liten yta är tillgänglig som flygplan, fordon eller små satelliter.

Det är ett flexibelt och lågt viktmaterial, som är effektiv även när det appliceras i mycket tunna lager, vilket gör solcellen mycket lätt, flexibel och effektiv.

Solceller för rymdfordon

Rymdprogram har använt GaAs solceller i mer än 25 år.

Kombinationen av GaAs med andra germanium, indiska och fosforföreningar har tillåtit att få mycket höga effektivitetssolceller som används i fordon som utforskar ytan på planeten Mars.

Konstnärlig version av Curiosity Explorer på Mars. Denna artefakt har GaAs solceller. NASA / JPL-CALTECH / PUB-domän. Källa: Wikimedia Commons.

Gaos nackdel

Det är ett mycket dyrt material jämfört med kisel, som har utgjort huvudbarriären för dess praktiska implementering i markbundna solceller.

Metoder studeras emellertid för användning i extremt tunna lager, vilket kommer att minska kostnaderna.

Användning på elektroniska enheter

GAAAS har flera användningsområden i olika elektroniska enheter.

I transistorer

Transistorer är element som tjänar till att förstärka elektriska signaler och öppna eller stänga kretsar, bland andra användningsområden.

Används i transistorer har GAAAS större elektronisk rörlighet och större resistivitet än kisel, så det tolererar mer energi och mer frekvensförhållanden, vilket genererar mindre brus.

GaAs transistor brukade förstärka kraften. Epop / cc0. Källa: Wikimedia Commons.

I GPS

På 1980 -talet tillät användningen av denna förening miniatyrisering av receptorerna i det globala positioneringssystemet eller GPS (akronym för engelska Global Positioning System).

Detta system gör det möjligt att bestämma positionen för ett objekt eller en person över hela planeten med en centimeter precision.

Gallium arseniuro används i GPS -system. Författare: Foundry Co. Källa: Pixabay.

På optoelektroniska enheter

GAAS -filmer erhållna vid relativt låga temperaturer har utmärkta optoelektroniska egenskaper, såsom hög resistivitet (kräver hög energi för att bli förare) och snabb elektronöverföring.

Hans direkta energigap gör det lämpligt för användning i denna typ av enheter. Det är enheter som förvandlar elektricitet till strålningsenergi eller vice versa, såsom LED, laser, detektor, ljusemitterande dioder, etc.

Kan tjäna dig: kolhybridisering: koncept, typer och deras egenskaperLED Light Lantern. Det kan innehålla gallium arseniuro. Författare: Hebi B. Källa: Pixabay.

I specialstrålning

Egenskaperna för denna förening har främjat dess användning för att generera strålning med frekvenser av terahercios, som är strålning som kan penetrera alla typer av material förutom metaller och vatten.

Strålningen av terahercios eftersom det är icke -joniserande kan tillämpas för att få medicinska bilder, eftersom det inte skadar organismens tyger eller orsakar förändringar i DNA som X -Rays.

Dessa strålningar skulle också möjliggöra att upptäcka dolda vapen hos människor och bagage, kan användas i spektroskopiska analysmetoder i kemi och biokemi och kan hjälpa till att upptäcka dolda konstverk i mycket gamla konstruktioner.

Potentiell medicinsk behandling

En typ av GaAs -laser har visat sig vara användbar för att förbättra regenereringen av muskelmassa skadad av en typ av ormgift hos möss. Studier krävs dock för att bestämma dess effektivitet hos människor.

Olika lag

Det används som halvledare i Magiter -enheter, termistorer, kondensatorer, fotoelektronisk överföring av data per optisk fiber, mikrovågor, integrerade kretsar som används i enheter för satellitkommunikation, radarsystem, smartphones (4G -teknik) och surfplattor.

De elektroniska kretsarna av smartphones kan innehålla GaAs. Författare: ask Socha. Källa: Pixabay.

Risker

Det är en extremt giftig förening. Långvarig exponering eller upprepade gånger orsakar skador på kroppen.

Exponeringssymtom kan inkludera hypotension, hjärtsvikt, kramper, hypotermi, förlamning, andningsödem, cyanos, levercirrhos, njurskador, hematuri och leukopeni, bland många andra.

Kan orsaka cancer och skada fertilitet. Det är giftigt och cancerframkallande också för djur.

Farligt avfall

Den växande användningen av GAA: er på elektroniska apparater har skapat oro över detta material i miljön och dess potentiella risker för offentlig och miljöhälsa.

Det finns en latent risk för arsenisk befrielse (giftig och giftig.

Vissa studier visar att pH och oxidenuktionsförhållanden i sopor är viktiga för korrosionen av GaAs och arsenikutsläpp. Ett pH på 7,6 och låg normal syreatmosfär kan släppas upp till 15% av denna giftiga metalloid.

Elektronisk utrustning ska inte kasseras i sopor eftersom GaAs kan släppa arsenik giftig. Författare: Inesby. Källa: Pixabay.

Referenser

1. ELLER.S. National Library of Medicine. (2019). Galliumarsenid. Återhämtat sig från pubchem.Ncbi.Nlm.Nih.Gov.
2. Choudhury, s.TILL. et al. (2019). Metallananstrukturer för solceller. I nanomaterial för solcellsapplikationer. Återhämtat sig från Scientedirect.com.
3. Ramos-Ruiz, a. et al. (2018). Galliumarsenid (GAAS) lakningsbeteende och ytkemi förändras som svar på pH och eller₂. Waste Management 77 (2018) 1-9. Återhämtat sig från Scientedirect.com.
4. Schlesinger, T.OCH. (2001). Galliumarsenid. I encyklopedi av material: vetenskap och teknik. Återhämtat sig från Scientedirect.com.
5. Mylvaganam, k. et al. (2015). Hårda tunna filmer. Gaas film. Fastigheter och produktion. I antibrasande nanocoatings. Återhämtat sig från Scientedirect.com.
6. Bly, D.R. (redaktör) (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85^th CRC Press.
7. Elinoff, g. (2019). Gallium Arsenide: En annan spelare inom halvledarteknologi. Återhämtat sig från alboutcircuits.com.
8. Silva, L.H. et al. (2012). GAAS 904-nm laserbestrålning förbättrar myofiber massåtervinning under regenerering av skelettmuskler tidigare skadad av crotoxin. Lasers Med Sci 27, 993-1000 (2012). Länk återhämtat sig.Kandare.com.
9. Lee, s.-M. et al. (2015). Högpresterande ultratin GaAs solceller aktiverade med heterogent integrerade dielektriska periodiska nanosdraturer. ACS Nano. 2015 27 oktober; 9 (10): 10356-65. NCBI återhämtade sig.Nlm.Nih.Gov.
10. Tanaka, a. (2004). Toxicitet av indiumarsenid, gallium arsenid och aluminium gallium arsenid. Toxicol Appl Pharmacol. 2004 1 aug; 198 (3): 405-11. NCBI återhämtade sig.Nlm.Nih.Gov.