GALYUM ARSENIT: YAPISI, ÖZELLIKLERI, KULLANIMLARI, RISKLERI - KIMYA - 2024

Arsenit galyum galyum atomu elemanının (Ga) ve arsenik atomu (zamanda) 'den oluşan bir organik bileşiğin. Kimyasal formülü GaAs'dır. Mavi-yeşil metalik bir parlaklığa sahip olabilen koyu gri bir katıdır.

Bu bileşiğin nanoyapıları, elektroniğin birçok alanında çeşitli kullanım potansiyeli ile elde edilmiştir. Elementlerinin kimyasal periyodik tablodaki konumu nedeniyle III-V bileşikleri olarak adlandırılan bir grup malzemeye aittir.

GaAs nanoyapıları. Яна Сычикова, Aguilar Ковачёв / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kaynak: Wikimedia Commons.

Yarı iletken bir malzemedir, yani elektriği yalnızca belirli koşullar altında iletebilir. Transistörler, GPS, LED ışıklar, lazerler, tabletler ve akıllı telefonlar gibi elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Işığı kolayca absorbe ederek elektrik enerjisine dönüştürmesini sağlayan özelliklere sahiptir. Bu sebeple uyduların güneş pillerinde ve uzay araçlarında kullanılır.

Çeşitli materyallere ve ayrıca canlı organizmalara zarar vermeden nüfuz eden radyasyon üretilmesine izin verir. Yılan zehiri tarafından hasar gören kas kütlesini yenileyen bir tür GaAs lazer kullanımı incelenmiştir.

Bununla birlikte, toksik bir bileşiktir ve insanlarda ve hayvanlarda kansere neden olabilir. Düzenli depolama alanlarına atılan elektronik ekipmanlar, tehlikeli arsenik açığa çıkarabilir ve insanların, hayvanların ve çevrenin sağlığına zararlı olabilir.

yapı

Galyum arsenit, periyodik tablodaki Grup III'ün bir öğesi ile Grup V'in bir öğesi arasında 1: 1'lik bir orana sahiptir, bu nedenle buna bileşik III-V adı verilir.

Ga ⁽⁰⁾ As ⁽⁰⁾ ile Ga ⁽⁺³⁾ As ^(-3) arasında değişen oksidasyon durumlarına sahip arsenik (As) ve galyumdan (Ga) oluşan intermetalik bir katı olarak kabul edilir .

Galyum arsenit kristali. W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Kaynak: Wikimedia Commons.

terminoloji

• Galyum arsenit
• Galyum monoarsenide

Özellikleri

Fiziksel durum

Mavi-yeşil metalik parlaklık veya gri toz ile koyu gri kristal katı. Kristalleri kübiktir.

GaAs kristalleri. Sol: cilalı taraf. Sağ: kaba taraf. English Wikipedia / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) şirketinde Materialscientist. Kaynak: Wikimedia Commons.

Moleküler ağırlık

144.64 g / mol

Erime noktası

1238ºC

Yoğunluk

5,3176 g / cc ^3. 25 ° C'de ° C

Çözünürlük

Suda: 20 ° C'de 1 mg / mL'den az

Kimyasal özellikler

Asit tuzları oluşturabilen hidratı vardır. Kuru havada stabildir. Nemli havada kararır.

Buhar, asitler ve asit gazlarla reaksiyona girerek arsin, arsan veya arsenik hidrit (AsH ₃ ) adı verilen zehirli gazı yayabilir . Hidrojen gazı yayan bazlarla reaksiyona girer.

Konsantre hidroklorik asit ve halojenler tarafından saldırıya uğrar. Erimiş olduğunda kuvara saldırır. Islanırsa sarımsak kokusu yayar ve ayrışmak için ısıtıldığında oldukça zehirli arsenik gazları yayar.

Diğer fiziksel özellikler

Yarı iletken bir malzemedir, yani aldığı elektrik alanı, basınç, sıcaklık veya radyasyon gibi maruz kaldığı koşullara bağlı olarak elektrik iletkeni veya yalıtkan olarak davranabileceği anlamına gelir.

Elektronik bantlar arasındaki boşluk

1,424 eV (elektron volt) enerji boşluğu genişliğine sahiptir. Enerji boşluğu, yasaklı bant veya bant aralığı, bir atomun elektron kabukları arasındaki boşluktur.

Enerji boşluğu ne kadar geniş olursa, elektronların bir sonraki kabuğa "atlaması" ve yarı iletkenin iletken bir duruma geçmesine neden olması için ihtiyaç duyduğu enerji o kadar büyük olur.

GaAs, silikondan daha geniş bir enerji boşluğuna sahiptir ve bu, onu radyasyona karşı oldukça dirençli kılar. Aynı zamanda doğrudan bir boşluk genişliğidir, bu nedenle, boşluk genişliği dolaylı olan silikondan daha etkili bir şekilde ışık yayabilir.

edinme

Bu gaz halindeki bir hidrojen karışımı (lH geçirilmesiyle elde edilebilir ₂ galyum fazla (III) oksit (Ga) ve arsenik ₂ O ₃ 600) ° C

Ayrıca galyum (III) klorür (GaCl ₃ ) ile arsenik oksit (As ₂ O ₃ ) arasındaki 800 ° C'de reaksiyonla da hazırlanabilir .

Güneş pillerinde kullanım

Galyum arsenit, diğer malzemelere göre bir avantaj sağlayan olağanüstü fotovoltaik özelliklere sahip olduğundan, güneş pillerinde 1970'lerden beri kullanılmaktadır.

Güneş enerjisini elektriğe dönüştürmede silikondan daha iyi performans gösterir, yüksek ısı veya düşük ışık koşullarında daha fazla enerji sağlar, ışık seviyelerinde ve sıcaklıkta değişikliklerin olduğu güneş pillerinin katlandığı yaygın koşullardan ikisi.

Bu güneş pillerinden bazıları güneş enerjili arabalarda, uzay araçlarında ve uydularda kullanılmaktadır.

GaAs güneş pilleri küçük bir uydu üzerinde. Amerika Birleşik Devletleri Deniz Harp Okulu / Kamu malı. Kaynak: Wikimedia Commons.

Bu uygulama için GaAs'ın avantajları

Neme ve ultraviyole radyasyona dayanıklı olması, çevre şartlarına karşı daha dayanıklı olmasını sağlar ve havacılık uygulamalarında kullanılmasına imkan verir.

Düşük sıcaklık katsayısına sahiptir, bu nedenle yüksek sıcaklıklarda verimini kaybetmez ve biriken yüksek doz radyasyona direnir. Radyasyon hasarı sadece 200 ° C'de tavlama ile giderilebilir.

Işık fotonlarının soğurulma katsayısı yüksektir, bu nedenle düşük ışıkta performansı yüksektir, yani güneşten zayıf aydınlatma olduğunda çok az enerji kaybeder.

GaAs güneş pilleri, düşük ışıkta bile etkilidir. Yazar: Arek Socha. Kaynak: Pixabay.

Birim alan başına diğer teknolojilerden daha fazla enerji üretir. Uçaklar, araçlar veya küçük uydular gibi küçük bir alanınız olduğunda bu önemlidir.

Esnek ve düşük ağırlıklı bir malzemedir, çok ince tabakalar halinde uygulandığında bile verimli, bu da güneş pilini çok hafif, esnek ve verimli kılar.

Uzay araçları için güneş pilleri

Uzay programları, GaAs güneş pillerini 25 yıldan fazla bir süredir kullanıyor.

GaAs'nın diğer germanyum, indiyum ve fosfor bileşikleri ile kombinasyonu, Mars gezegeninin yüzeyini keşfeden araçlarda kullanılan çok yüksek verimli güneş pillerinin elde edilmesini mümkün kıldı.

Sanatçının Mars'taki Curiosity gezgininin versiyonu. Bu cihazda GaAs güneş hücreleri var. NASA / JPL-Caltech / Kamu malı. Kaynak: Wikimedia Commons.

GaAs'ın dezavantajı

Karasal güneş pillerinde pratik uygulanmasının önündeki ana engel olan silikona göre çok pahalı bir malzemedir.

Bununla birlikte, son derece ince tabakalarda kullanımları için yöntemler araştırılmaktadır ve bu da maliyetleri düşürecektir.

Elektronik cihazlarda kullanın

GaAs'ın çeşitli elektronik cihazlarda birden fazla kullanımı vardır.

Transistörlerde

Transistörler, diğer kullanımların yanı sıra elektrik sinyallerini yükseltmeye ve devreleri açıp kapatmaya yarayan elemanlardır.

Transistörlerde kullanılan GaAs, daha yüksek bir elektronik hareketliliğe ve silikondan daha yüksek bir dirence sahiptir, bu nedenle daha yüksek enerji ve daha yüksek frekans koşullarını tolere ederek daha az gürültü üretir.

GaAs transistörü gücü yükseltmek için kullanılır. Epop / CC0. Kaynak: Wikimedia Commons.

GPS'de

1980'lerde bu bileşiğin kullanımı Küresel Konumlandırma Sistemi veya GPS (Küresel Konumlandırma Sistemi) alıcılarının minyatürleştirilmesine izin verdi.

Bu sistem, bir nesnenin veya kişinin tüm gezegen üzerindeki konumunu santimetre hassasiyetle belirlemeyi mümkün kılar.

Galyum arsenit GPS sistemlerinde kullanılır. Yazar: Foundry Co. Kaynak: Pixabay.

Optoelektronik cihazlarda

Nispeten düşük sıcaklıklarda elde edilen GaAs filmleri, yüksek direnç (bir iletken olmak için yüksek enerji gerektirir) ve hızlı elektron transferi gibi mükemmel optoelektronik özelliklere sahiptir.

Direkt enerji boşluğu, bu tür cihazlarda kullanıma uygun hale getirir. LED ışıklar, lazerler, dedektörler, ışık yayan diyotlar vb. Gibi elektrik enerjisini radyan enerjiye veya tersine çeviren cihazlardır.

LED el feneri. Galyum arsenit içerebilir. Yazar: Hebi B. Kaynak: Pixabay.

Özel radyasyonda

Bu bileşiğin özellikleri, metaller ve su hariç her tür malzemeye nüfuz edebilen radyasyon olan terahertz frekansları ile radyasyon üretmek için kullanılmasını sağlamıştır.

Terahertz radyasyonu iyonlaştırıcı olmadığı için, vücut dokularına zarar vermediği veya X ışınları gibi DNA'da değişikliklere neden olmadığı için tıbbi görüntülerin elde edilmesinde uygulanabilir.

Bu radyasyonlar aynı zamanda insanlarda ve bagajlarda gizli silahların tespit edilmesini mümkün kılar, kimya ve biyokimyada spektroskopik analiz yöntemlerinde kullanılabilir ve çok eski binalardaki gizli sanat eserlerinin ortaya çıkarılmasına yardımcı olabilir.

Potansiyel tıbbi tedavi

Bir tür GaAs lazerin, farelerde bir tür yılan zehiri tarafından hasar gören kas kütlesinin yenilenmesini arttırmada yararlı olduğu gösterilmiştir. Ancak insanlarda etkinliğini belirlemek için çalışmalara ihtiyaç vardır.

Çeşitli takımlar

Manyetik direnç cihazlarında, termistörlerde, kondansatörlerde, fotoelektronik fiber optik veri iletiminde, mikrodalgalarda, uydu haberleşme cihazlarında kullanılan entegre devrelerde, radar sistemlerinde, akıllı telefonlarda (4G teknolojisi) ve tabletlerde yarı iletken olarak kullanılır.

Akıllı telefonlardaki elektronik devreler GaAs içerebilir. Yazar: Arek Socha. Kaynak: Pixabay.

Riskler

Oldukça zehirli bir bileşiktir. Bu malzemeye uzun süre veya tekrar tekrar maruz kalmak vücuda zarar verir.

Maruz kalma semptomları arasında hipotansiyon, kalp yetmezliği, nöbetler, hipotermi, felç, solunum ödemi, siyanoz, karaciğer sirozu, böbrek hasarı, hematüri ve lökopeni sayılabilir.

Kansere neden olabilir ve doğurganlığa zarar verebilir. Hayvanlar için de toksik ve kanserojendir.

Tehlikeli atık

GaA'ların elektronik cihazlarda artan kullanımı, bu malzemenin çevredeki kaderi ve halk ve çevre sağlığı üzerindeki potansiyel riskleri ile ilgili endişeleri artırmıştır.

GaAs içeren cihazlar kentsel katı atık depolama alanlarına atıldığında gizli bir arsenik salınımı (toksik ve zehirli element) riski vardır.

Çalışmalar, çöp sahalarındaki pH ve redoks koşullarının GaAs korozyonu ve arsenik salınımı için önemli olduğunu göstermektedir. PH 7.6'da ve normal bir oksijen atmosferi altında, bu toksik metaloidin% 15'ine kadar salınabilir.

GaAs zehirli arseniği serbest bırakabileceğinden, elektronik ekipman çöp sahalarına atılmamalıdır. Yazar: INESby. Kaynak: Pixabay.

Referanslar

1. ABD Ulusal Tıp Kütüphanesi. (2019). Galyum arsenit. Pubchem.ncbi.nlm.nih.gov'dan kurtarıldı.
2. Choudhury, SA ve diğerleri. (2019). Güneş pilleri için metal nano yapılar. Güneş Pili Uygulamaları için Nanomalzemelerde. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
3. Ramos-Ruiz, A. ve diğerleri. (2018). Galyum arsenit (GaAs) süzme davranışı ve yüzey kimyası pH ve O _2'ye yanıt olarak değişir . Atık Yönetimi 77 (2018) 1-9. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
4. Schlesinger, TE (2001). Galyum Arsenide. Encyclopedia of Materials: Science and Technology'de. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
5. Mylvaganam, K. vd. (2015). Sert ince filmler. GaAs filmi. Özellikler ve üretim. Anti-Aşındırıcı Nano Kaplamalarda. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
6. Lide, DR (editör) (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85 ^inci CRC Basın.
7. Elinoff, G. (2019). Gallium Arsenide: Yarı İletken Teknolojisinde Başka Bir Oyuncu. Allaboutcircuits.com'dan kurtarıldı.
8. Silva, LH ve diğerleri. (2012). GaAs 904-nm lazer ışınlaması, daha önce krotoksin tarafından hasar görmüş iskelet kasının rejenerasyonu sırasında miyofiber kitle iyileşmesini iyileştirir. Lasers Med Sci 27,993-1000 (2012). Link.springer.com'dan kurtarıldı.
9. Lee, S.-M. et al. (2015). Heterojen Olarak Entegre Dielektrik Periyodik Nanoyapıları ile Etkinleştirilen Yüksek Performanslı Ultra İnce GaAs Güneş Pilleri. ACS Nano. 27 Ekim 2015; 9 (10): 10356-65. Ncbi.nlm.nih.gov'dan kurtarıldı.
10. Tanaka, A. (2004). Indiyum arsenit, galyum arsenit ve alüminyum galyum arsenitin toksisitesi. Toxicol Appl Pharmacol. 1 Ağu 2004; 198 (3): 405-11. Ncbi.nlm.nih.gov'dan kurtarıldı.