镓：第一个预言成真的元素.docVIP

PAGE  PAGE 6 镓：第一个预言成真的元素 　　在化学元素发现史上，镓是第一个先根据元素周期律预言，后在实验中被发现证实的化学元素。镓在地壳中的含量仅为0.0015%，镓的熔点很低（29.75℃），在手掌上就可化为液态，而且镓还具有热缩冷胀性能。镓的优良特性使其广泛应用于半导体、太阳能、液态合金、医疗化工等诸多领域。 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 　　电子工业的“脊梁” 　　1871年，俄国化学家门捷列夫在总结元素周期表时，认为在锌元素后面，铝元素下面应该还有一个未被发现的元素，其性质与铝元素相近，他称之为“类铝元素”。1875年，法国化学家布瓦博德兰从闪锌矿中找到了这个“类铝元素”，他以Gallia（高卢，拉丁语中对法国的称呼）一词将该元素命名为Gallium，元素符号定Ga，中文名为“镓”。 　　在一定的条件下，镓能与硫、硒、碲、磷、砷、锑等发生反应，从而生成镓的系列化合物，它们都是优质的半导体材料，被广泛应用于光电子领域和微波通信领域，被誉为是电子工业的“脊梁”。目前，消耗在半导体行业的金属镓资源大约占到了总消费量的80%～85%。随着电子信息工业的发展以及镓应用领域的拓展，金属镓的战略地位也越来越凸显。我国于2011年将镓列为战略储备金属，并开始重视对镓的战略储备。 　　砷化镓是继硅半导体材料之后的又一个应用最为广泛的半导体材料。砷化镓的最大特点是具有很好的光电性能，即在光照或外加电场的条件下，电子激发可以释放出光能来，并且其光发射效率也要比其他半导体材料高一些。20世纪80年代，砷化镓被广泛应用到微波器件、激光器和发光二极管等产品中，被人们认为是最有发展前途的半导体材料。 　　磷化镓是制作半导体发光元件的又一个优质材料。20世纪70年代，科学家先后用磷化镓作为基板开发出了可以发黄色、橙色和绿色光的发光二极管。到了80年代，砷化铝镓的应用导致了第一代高亮度发光二极管的诞生。到了90年代初，四元素半导体材料磷化铝镓铟的采用，使得发光二极管的发光效率有了很大的提高。用磷化铝镓铟制成的超高亮度红色、橙色、黄色和绿色发光二极管，可以应用于户外显示领域。 　　氮化镓是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中最具有希望的宽禁带光学材料，曾于20世纪90年代初成就了蓝色LED的辉煌。而蓝色LED的推出，又带来了白光LED照明的新纪元。目前，LED照明技术路线主要有三条，分别为蓝宝石、碳化硅和硅衬底氮化镓基LED技术路线。其中，前两条技术路线分别是以日本和美国为主发展起来的，而第三条技术路线是由我国发展起来的，有力地提升了我国LED技术在国际上的地位。我国科学家研制的硅衬底高光效氮化镓基蓝色发光二极管获得2015年度国家技术发明一等奖。 　　如今，氮化镓材料的研究与应用已成为全球半导体领域的前沿和热点，并成为研制微电子器件、光电子器件的第三代半导体材料。较宽的直接带隙、较强的原子键、较高的热导率以及较稳定的化学性，使其在光电子、高温大功率器件以及高频微波器件等方面有着广阔的应用前景。 　　太阳能电池中的“明星” 　　镓的化合物半导体材料做成的太阳能电池，可以把太阳能直接转变成电能，并且具有比较高的效率。随着太阳能电池材料的不断发展，人们对太阳能电池材料提出了更高的要求。比如，半导体材料的禁带宽度要适中，光电转化效率要高，材料制备过程和电池使用过程中不能存在环境污染，并且材料生产要能规模化等。在这样的背景下，薄膜太阳能电池引起了人们的重视，并成为了科技工作者的研究重点。现在，铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池作为多元化合物薄膜电池的重要一员，其转化效率是所有薄膜太阳能电池中最高的。 　　在铜铟镓硒薄膜太阳能电池中，通过掺入适量镓替代部分同族的铟，并可以调节CIGS的禁带宽度，这是CIGS材料优于硅系光伏材料的根本所在。同时，CIGS材料的吸收系数很高，还具有较大范围的太阳光谱的响应特性。 　　铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有转换效率高、材料来源广、生产成本低、污染小、无光衰、弱光性能好等显著特点，有望成为新一代有竞争力的商业化薄膜太阳能电池。 　　 　　医学领域的“奇才” 　　在医疗领域中，镓合金主要是用作医疗器件和医用材料。例如，用镓合金作为牙齿填充材料，它是一种不含汞的牙体材料，其生物学性能明显优于银汞合金。在医疗诊断领域，镓的化合物也有用武之地。例如，枸橼酸镓注射液可用于肿瘤和炎症的定位诊断和鉴别诊断。 　　金属镓的熔点为29.75℃，金属铟的熔点为156.61℃，当它们以一定的配比制成合金后，在室温下就可以呈现液态了，因而有很好的流动性。利用镓铟液态合金制作的新型体温计，可作为环保型温度计取代水银温度计。 　　2015年6月，我国科学家宣布在世界上首次应用液态金属“缝合”了牛蛙断裂的坐骨神经，进而刷新了