镓是一种腐蚀性的银色次要金属，在室温附近熔化，最常用于半导体化合物的生产。

特性：

• 原子符号：Ga
• 原子序数：31
• 元素类别：后过渡金属
• 密度：5.91 g/cm³（73°F/23°C时）
• 熔点：85.58华氏度（29.76摄氏度）
• 沸点：3999华氏度（2204摄氏度）
• 莫氏硬度：1.5

特点：

纯镓呈银白色，在85°F（29.4°C）以下熔化。该金属在接近4000°F（2204°C）的温度下保持熔融状态，使其在所有金属元素中具有最大的液态范围。

镓是少数几种冷却时会膨胀的金属之一，体积增加略超过3%。

尽管镓很容易与其他金属形成合金，但它具有腐蚀性，扩散到晶格中，削弱了大多数金属。然而，它的低熔点使得它在某些低熔点合金中很有用。

与在室温下也是液态的汞不同，镓会弄湿皮肤和玻璃，使其更难处理。镓的毒性远不及汞。

历史：

1875年，Paul Emile Lecoq de Boisbaudran在检查闪锌矿时发现镓，直到20世纪后半叶，镓才用于任何商业用途。

镓作为一种结构金属几乎没有用处，但它在许多现代电子设备中的价值不能低估。

镓的商业用途是从20世纪50年代初开始的对发光二极管（LED）和III-V射频（RF）半导体技术的初步研究发展而来的。

1962年，IBM物理学家J.B.Gunn对砷化镓（GaAs）的研究发现了流经某些半导体固体的电流的高频振荡——现在称为“Gunn效应”。这一突破为使用Gunn二极管建造早期军用探测器铺平了道路（也被称为转移电子装置）此后被用于各种自动化装置，从汽车雷达探测器和信号控制器到湿度探测器和防盗报警器。

第一批基于砷化镓的LED和激光器是由RCA、GE和IBM的研究人员在20世纪60年代初生产的。

最初，LED只能产生看不见的红外线光波，将光线限制在传感器和光电应用上。但它们作为节能紧凑型光源的潜力是显而易见的。

到了20世纪60年代初，德州仪器公司开始在商业上提供LED。到了20世纪70年代，用于手表和计算器显示器的早期数字显示系统很快就采用了LED背光系统。

20世纪70年代和80年代的进一步研究产生了更高效的沉积技术，使LED技术更可靠、更具成本效益。镓-铝-砷（GaAlAs）半导体化合物的发展使得LED的亮度比以前的LED高出十倍，而LED的颜色光谱也基于新的含镓半导体衬底，如氮化铟镓（InGaN）、磷化砷化镓（GaAsP），和磷化镓(GaP)。

到了20世纪60年代末，砷化镓的导电性能也被作为空间探索太阳能电源的一部分进行了研究。1970年，一个苏联研究小组创造了第一个砷化镓异质结构太阳能电池。

由于移动通信和替代能源技术的发展，对光电子器件和集成电路（IC）制造至关重要的砷化镓晶圆的需求在20世纪90年代末和21世纪初激增。

毫不奇怪，为了应对这一不断增长的需求，2000年至2011年间，全球初级镓产量翻了一番多，从每年约100公吨增加到300公吨以上。

制作：

地壳中镓的平均含量估计约为百万分之十五，大致与锂相似，比铅更常见。然而，金属广泛分散，存在于少数经济可采矿体中。

目前，在氧化铝（Al2O3）精炼过程中，高达90%的原生镓是从铝土矿中提取的，氧化铝是铝的前身。闪锌矿精炼过程中，锌提取的副产物会产生少量镓。

在拜耳法将铝矿石提炼成氧化铝的过程中，破碎的矿石用氢氧化钠（NaOH）的热溶液清洗。这将氧化铝转化为铝酸钠，铝酸钠在槽中沉淀，同时收集现在含有镓的氢氧化钠溶液以供再次使用。

因为这种液体是循环使用的，所以每次循环后镓含量都会增加，直到达到100-125ppm的水平。然后，通过使用有机螯合剂的溶剂萃取，将混合物作为没食子酸盐进行提取和浓缩。

在温度为104-140°F（40-60°C）的电解槽中，没食子酸钠转化为不纯镓。在酸中清洗后，可通过多孔陶瓷或玻璃板过滤，生成99.9-99.99%的镓金属。

99.99%是砷化镓应用的标准前体等级，但新用途要求更高的纯度，可通过在真空下加热金属以去除挥发性元素或电化学纯化和分离结晶方法实现。

在过去的十年中，世界上大部分的原镓生产都转移到了中国，而中国现在供应了世界上70%的镓。其他主要生产国包括乌克兰和哈萨克斯坦。

每年约30%的镓生产来自废料和可回收材料，如含砷化镓的IC晶片。大部分镓回收发生在日本、北美和欧洲。

美国地质调查局估计，2011年生产了310MT精炼镓。

全球最大的生产商包括珠海方圆、北京吉亚半导体材料有限公司和Recapture Metals Ltd。

应用：

当镓合金易于腐蚀或使钢等金属变脆时。这一特点，加上其极低的熔化温度，意味着镓在结构应用中几乎没有用处。

金属形式的镓用于焊料和低熔点合金，如Galinstan®，但最常见于半导体材料中。

镓的主要应用可分为五类：

1.半导体：砷化镓晶片约占镓年消耗量的70%，是许多现代电子设备的支柱，如智能手机和其他依赖砷化镓集成电路节能和放大能力的无线通信设备。

2.发光二极管（LED）：据报道，自2010年以来，由于在移动和平板显示器中使用高亮度LED，LED行业对镓的全球需求翻了一番。提高能源效率的全球举措也导致政府支持使用led照明，而不是白炽灯和紧凑型荧光灯照明。

3.太阳能：镓在太阳能应用中的使用主要集中在两种技术上：

• 砷化镓聚光器太阳能电池
• 硒化镉铟镓（CIGS）薄膜太阳能电池

作为高效光伏电池，这两种技术在专业应用方面都取得了成功，特别是在航空航天和军事领域，但在大规模商业应用方面仍面临障碍。

4.磁性材料：高强度永磁体是计算机、混合动力汽车、风力涡轮机和各种其他电子和自动化设备的关键部件。少量添加的镓用于某些永磁体，包括钕铁硼（NdFeB）磁体。

5.其他应用程序：

• 特种合金和焊料
• 润湿镜
• 用钚作为核稳定剂
• 镍锰镓形状记忆合金
• 石油催化剂
• 生物医学应用，包括制药（硝酸镓）
• 荧光粉
• 中微子探测

资料来源：

Softpedia。LED（发光二极管）的历史。

资料来源：https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-led-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html

安东尼·约翰·唐斯（1993），“铝、镓、铟和铊的化学”，斯普林格，ISBN 978-0-7514-0103-5

III-V半导体，射频应用的历史〉，ECS Trans。2009年，第19卷，第3期，第79-84页。

舒伯特，E·弗雷德。发光二极管。伦斯勒理工学院，纽约。2003年5月。

美国地质调查局。矿物商品概述：镓。

资料来源：http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html

SM报告。副产品金属：铝-镓关系。

网址：www.strategic-metal.typepad.com