Gallium Arseniuro -structuur, eigenschappen, gebruik, risico's

Hij Gallium arseniuro Een anorganische verbinding gevormd door een atoom van het Gallische element (GA) en een arseenatoom (AS). De chemische formule is Gaas. Het is een donkergrijze vaste stof die een groenachtig blauwe metaalachtige glans kan presenteren.

Nanostructuren van deze verbinding zijn verkregen met potentieel voor verschillende toepassingen op veel gebieden van elektronica. Het behoort tot een groep materialen die verbindingen III-V worden genoemd voor de locatie van zijn elementen in het chemische periodieke tabel.

Nanostructuren van GaAs. Auguster.Org/licenties/by-sa/4.0). Bron: Wikimedia Commons.

Het is een halfgeleidermateriaal, wat betekent dat elektriciteit alleen onder bepaalde omstandigheden kan leiden. Het wordt veel gebruikt in elektronische apparaten, zoals transistors, GPS, LED -lichten, lasers, tablets en smartphones.

Het heeft kenmerken die het licht gemakkelijk kunnen absorberen en het elektriciteit maken. Daarom wordt het gebruikt in zonnecellen van satelliet- en ruimtevoertuigen.

Het maakt het mogelijk om straling te genereren die verschillende materialen en ook levende organismen doordringt, zonder deze schade aan deze te genereren. Het gebruik van een GaAs -lasertype dat de spiermassa regenereert verslechterd door slangengif is bestudeerd.

Het is echter een giftige verbinding en kan kanker veroorzaken bij mensen en dieren. Elektronische teams die worden weggegooid in vuilnisbakken kunnen het gevaarlijke arseen vrijgeven en schadelijk zijn voor de gezondheid van mensen, dieren en het milieu.

[TOC]

Structuur

De Gallium Arseniuro presenteert een 1: 1-verhouding tussen een element van groep III van de periodieke tabel en een element van groep V, dus wordt het Compound III-V genoemd.

Het wordt beschouwd als een intermetallische vaste stof die bestaat uit arseen (AS) en gallium (GA) met oxidatietoestanden die variëren van GA⁽⁰⁾Ace⁽⁰⁾ naar GA⁽⁺³⁾Ace^(-3).

Gallium arseniuro kristal. W. Oelen/cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0). Bron: Wikimedia Commons.

Nomenclatuur

• Gallium arseniuro
• Gallium monoarsers

Eigenschappen

Fysieke staat

Donkergrijze kristallijne vaste stof met groenachtig blauwe of grijze stof glans. Zijn kristallen zijn kubiek.

Gaas -kristallen. Links: gepolijste kant. Rechts: ruwe zijde. Materiaalwetenschap bij Engelse wikipedia/cc by-s (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0). Bron: Wikimedia Commons.

Molecuulgewicht

144.64 g/mol

Smeltpunt

1238 ºC

Dikte

5,3176 g/cm³ bij 25 ° C.

Oplosbaarheid

In water: minder dan 1 mg/ml bij 20 ° C.

Chemische eigenschappen

Het heeft een hydraat dat zure zouten kan vormen. Het is stabiel in droge lucht. In vochtige lucht wordt het donkerder.

U kunt reageren met stoom, zuren en zuurgas door het giftige gas uit te zenden, arsina, arsano of arseenhydride (as₃)). Reageert met bases die waterstofgas uitzenden.

Het wordt aangevallen door geconcentreerd zoutzuur en door halogenen. Wanneer het gesmolten is, valt de kwarts aan. Als het wordt bevochtigd, geeft het een geur van knoflook af en als het verwarming ondergaat totdat de ontleding zeer giftige gassen van arseen uitzendt.

Kan u van dienst zijn: zinkchromaat: structuur, eigenschappen, verkrijgen, gebruik

Andere fysieke eigenschappen

Het is een halfgeleidermateriaal dat betekent dat het zich kan gedragen als een elektriciteitsgeleider of als een isolator hiervan, afhankelijk van de omstandigheden waarvoor het wordt ingediend, zoals het elektrische veld, de druk, de temperatuur of de straling die het ontvangt die het ontvangt.

Elektronische bands

Het heeft een energiekloofbreedte van 1.424 eV (elektronvolt). De energiekloofbreedte, verboden band of band gap (Engels Bandgap) is de ruimte tussen de elektronen van een atoom.

Hoe groter de energiekloofbreedte, hoe groter de energie die de elektronen vereisen om naar de volgende laag te "springen" en de halfgeleider in een geleidende toestand te laten veranderen.

De GaAs heeft een energiekloofbreedte dan die van silicium en dit maakt het zeer resistent tegen straling. Het is ook een directe kloofbreedte, dus het kan licht effectiever uitzenden dan silicium, waarvan de kloofbreedte indirect is.

Het verkrijgen van

Kan worden verkregen door een gasmengsel van waterstof te passeren (h₂) en arseen op galliumoxide (III) (GA₂OF₃) bij 600 ° C.

Het kan ook worden bereid door reactie tussen galliumchloride (III) (GACL₃) en arseenoxide (als₂OF₃) bij 800 ° C.

Gebruik in zonnecellen

Gallium arseniuro wordt sinds de jaren zeventig in zonnecellen gebruikt, omdat het uitstekende fotovoltaïsche kenmerken heeft die het voordeel geven ten opzichte van andere materialen.

Het werkt beter dan silicium bij het omzetten van zonne -energie in elektriciteit, omdat het meer energie levert onder hoge warmteomstandigheden of weinig licht, twee van de gemeenschappelijke omstandigheden die zonnecellen ondersteunen, waar veranderingen in verlichting en temperatuurniveaus zijn.

Sommige van deze zonnecellen worden gebruikt in auto's die werken met zonne -energie, ruimtevoertuigen en satellieten.

Gaas zonnecellen in een kleine satelliet. Naval Academy / Public Domain van de Verenigde Staten. Bron: Wikimedia Commons.

Voordelen van GaAs voor deze toepassing

Het is resistent tegen vocht en ultraviolette straling, waardoor het duurzamer wordt voor omgevingscondities en u in staat stelt het in ruimtevaarttoepassingen te gebruiken.

Het heeft een lage temperatuurcoëfficiënt, dus het verliest de efficiëntie niet bij hoge temperaturen en bestand tegen hoge geaccumuleerde stralingsdoses. Stralingsschade kan worden verwijderd door gematigd tot slechts 200 ° C.

Het heeft een hoge absorptiecoëfficiënt van fotonen van licht, dus het heeft een hoge prestatie met weinig licht, dat wil zeggen, het verliest zeer weinig energie als er een slechte zonverlichting is.

Kan u van dienst zijn: Ionische link: kenmerken, hoe het is gevormd en voorbeeldenGaAs -zonnecellen zijn zelfs efficiënt in aanwezigheid van weinig licht. Auteur: Arek Socha. Bron: Pixabay.

Produceert meer energie per eenheid oppervlak dan enige andere technologie. Dit is belangrijk wanneer een klein oppervlak beschikbaar is, zoals vliegtuigen, voertuigen of kleine satellieten.

Het is een flexibel en laag gewichtsmateriaal, dat efficiënt is, zelfs wanneer het in zeer dunne lagen wordt aangebracht, waardoor de zonnecel zeer licht, flexibel en efficiënt wordt.

Zonnecellen voor ruimtevoertuigen

Ruimteprogramma's gebruiken al meer dan 25 jaar GaAs -zonnecellen.

De combinatie van GaAs met andere germanium, Indiase en fosforverbindingen heeft het mogelijk gemaakt met het verkrijgen van zeer hoge efficiënte zonnecellen die worden gebruikt in voertuigen die het oppervlak van de planeet Mars verkennen.

Artistieke versie van de Curiosity Explorer op Mars. Dit artefact heeft GaAs -zonnecellen. NASA / JPL-caltech / pub-domein. Bron: Wikimedia Commons.

Gaos nadeel

Het is een zeer duur materiaal in vergelijking met silicium, dat de belangrijkste barrière heeft gevormd voor zijn praktische implementatie in terrestrische zonnecellen.

Methoden worden echter bestudeerd voor gebruik in extreem dunne lagen, die de kosten zullen verlagen.

Gebruik op elektronische apparaten

GAAAS heeft meerdere toepassingen in verschillende elektronische apparaten.

In transistors

Transistoren zijn elementen die dienen om elektrische signalen en open of nauwe circuits te versterken, onder andere,.

GAAAS gebruikt in transistoren, heeft een grotere elektronische mobiliteit en grotere weerstand dan silicium, dus het verdraagt ​​meer energie en frequentievoorwaarden, waardoor minder ruis wordt gegenereerd.

Gaas -transistor gebruikt om de stroom te versterken. EPOP / CC0. Bron: Wikimedia Commons.

In GPS

In de jaren tachtig maakte het gebruik van deze verbinding de miniaturisatie van de receptoren van het globale positioneringssysteem of GPS mogelijk (acroniem voor Engels Globaal positioneringssysteem)).

Dit systeem maakt het mogelijk om de positie van een object of persoon op de hele planeet te bepalen met een centimeters precisie.

Gallium arseniuro wordt gebruikt in GPS -systemen. Auteur: Foundry Co. Bron: Pixabay.

Op opto -elektronische apparaten

GaAs -films verkregen bij relatief lage temperaturen hebben uitstekende opto -elektronische eigenschappen, zoals hoge weerstand (vereist hoge energie om een ​​bestuurder te worden) en snelle elektronenoverdracht.

Zijn directe energiekloof maakt het geschikt voor gebruik op dit soort apparaten. Het zijn apparaten die elektriciteit transformeren in stralende energie of vice versa, zoals LED, laser, detector, lichtemitterende diodes, enz.

Kan u van dienst zijn: koolstofhybridisatie: concept, typen en hun kenmerkenLED -lichtlantaarn. Het kan gallium arseniuro bevatten. Auteur: Hebi B. Bron: Pixabay.

In speciale straling

De eigenschappen van deze verbinding hebben het gebruik ervan bevorderd om straling te genereren met frequenties van teraHercios, die straling zijn die alle soorten materialen kunnen doordringen, behalve metalen en water.

De straling van teraHercios omdat het niet -ioniserend is, kan worden toegepast bij het verkrijgen van medische beelden, omdat het de stoffen van het organisme niet beschadigt of veranderingen in DNA zoals x -reeks veroorzaakt.

Deze straling zou ook het toelaten om verborgen wapens in mensen en bagage te detecteren, kan worden gebruikt in spectroscopische analysemethoden in chemie en biochemie, en kunnen helpen bij het ontdekken van verborgen kunstwerken in zeer oude constructies.

Potentiële medische behandeling

Een type GaAs -laser is nuttig gebleken om de regeneratie van spiermassa te verbeteren die is beschadigd door een soort slangengif bij muizen. Studies zijn echter vereist om de effectiviteit ervan bij mensen te bepalen.

Verschillende teams

Het wordt gebruikt als een halfgeleider in Magiter -apparaten, thermistors, condensatoren, foto -elektronische gegevens over optische vezels, magnetrons, geïntegreerde circuits die worden gebruikt in apparaten voor satellietcommunicatie, radarsystemen, smartphones (4G -technologie) en tablets.

De elektronische circuits van smartphones kunnen GaAs bevatten. Auteur: Arek Socha. Bron: Pixabay.

Risico's

Het is een extreem giftige verbinding. Langdurige blootstelling of herhaaldelijk aan dit materiaal veroorzaakt schade aan het lichaam.

Symptomen van blootstelling kunnen onder meer hypotensie, hartfalen, epileptische aanvallen, hypothermie, verlamming, ademhalingsoedeem, cyanose, levercirrose, nierschade, hematurie en leukopenie, onder vele anderen.

Kan kanker veroorzaken en de vruchtbaarheid beschadigen. Het is giftig en kankerverwekkend ook voor dieren.

Gevaarlijk afval

Het groeiende gebruik van GaAs op elektronische apparaten heeft zich zorgen gemaakt over de bestemming van dit materiaal in het milieu en de potentiële risico's voor openbare en milieugezondheid.

Er is een latente risico op arseenbevrijding (giftig en giftig.

Bepaalde studies tonen aan dat pH- en oxiductieomstandigheden in de vuilnisbeltjes belangrijk zijn voor de corrosie van de GaAs en arseenafgifte. Een pH van 7,6 en een lage normale zuurstofatmosfeer kan worden vrijgegeven tot 15% van deze giftige metalloïde.

Elektronische apparatuur mag niet worden weggegooid in vuilnisbakken omdat GaAs arseen giftig kan vrijgeven. Auteur: Inesby. Bron: Pixabay.

Referenties

1. OF.S. Nationale bibliotheek van geneeskunde. (2019). Galliumarsenide. Hersteld van PubChem.NCBI.NLM.NIH.Gov.
2. Choudhury, s.NAAR. et al. (2019). Metaalnanrucuren voor zonnecellen. In nanomaterialen voor toepassingen voor zonnecellen. Hersteld van Scientedirect.com.
3. Ramos-Ruiz, a. et al. (2018). Gallium arsenide (GaAS) uitlogingsgedrag en oppervlaktechemie verandert in reactie op pH en of₂. Waste Management 77 (2018) 1-9. Hersteld van Scientedirect.com.
4. Schlesinger, T.EN. (2001). Galliumarsenide. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Hersteld van Scientedirect.com.
5. Mylvaganam, k. et al. (2015). Hard dunne films. Gaas -film. Eigenschappen en productie. In anti-broeikasige nanocoatings. Hersteld van Scientedirect.com.
6. Lead, D.R. (redacteur) (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85^e CRC Press.
7. Elinoff, G. (2019). Gallium arsenide: een andere speler in halfgeleidertechnologie. Hersteld van Alboutcircuits.com.
8. Silva, l.H. et al. (2012). GaAs 904-nm laserstraling verbetert het massaherstel van myofiber tijdens regeneratie van skeletspier eerder beschadigd door crotoxine. Lasers Med Sci 27, 993-1000 (2012). Link hersteld.Springer.com.
9. Lee, s.-M. et al. (2015). High Performance Ultraathin GaAs zonnecellen mogelijk gemaakt met heterogeen geïntegreerde diëlektrische periodieke nanosdraturen. ACS nano. 2015 27 oktober; 9 (10): 10356-65. NCBI hersteld.NLM.NIH.Gov.
10. Tanaka, een. (2004). Toxiciteit van indium arsenide, galliumarsenide en aluminium galliumarsenide. Toxicol Appl Farmacol. 2004 1 augustus; 198 (3): 405-11. NCBI hersteld.NLM.NIH.Gov.