引发 » 科学 » 化学 » 砷化镓：结构、特性、用途、风险
O 砷化镓是 由镓（Ga）元素和砷（As）元素组成的无机化合物。其化学式为GaAs。它是一种深灰色固体，可能具有蓝绿色金属光泽。
这种化合物的纳米结构已被获得，有望在电子领域的诸多领域发挥多种用途。由于其元素在化学周期表中的位置，它属于III-V族化合物。
它是一种半导体材料，这意味着它只能在特定条件下导电。它广泛用于晶体管、GPS、LED灯、激光器、平板电脑和智能手机等电子设备。
它具有易于吸收光并将其转化为电能的特性，因此被用于制造卫星和航天器的太阳能电池。
它允许辐射穿透各种材料，甚至生物体而不会造成损害。目前，人们已经研究了使用砷化镓激光器来再生被蛇毒损伤的肌肉组织。
然而，砷是一种有毒化合物，可能导致人类和动物患癌症。丢弃在垃圾填埋场的电子设备会释放危险的砷，危害人类、动物和环境的健康。
结构
砷化镓在元素周期表中第III族元素和第V族元素的比例为1:1，因此被称为III-V族化合物。
它被认为是由砷 (As) 和镓 (Ga) 组成的金属间化合物固体，氧化态从 Ga (0) As (0) 至嘎 （+ 3） As （-3） .
命名法
砷化镓
砷化镓
属性
物理状态
深灰色结晶固体，具有蓝绿色金属光泽，或灰色粉末。晶体为立方体。
分子质量
144,64克/摩尔
熔点
1238°C间
密度
5,3176克/厘米 3 ，25°C时。
溶解度
水中：1°C 时小于 20 mg/mL。
化学性质
其水合物可形成酸性盐。在干燥空气中稳定。在潮湿空气中颜色变深。
它可以与蒸汽、酸和酸性气体发生反应，释放出称为砷化氢、胂化砷或砷化氢（AsH）的有毒气体。 3 ）。与碱反应，放出氢气。
它会与浓盐酸和卤素发生反应。熔化时会腐蚀石英。受潮后会发出类似大蒜的气味，加热分解后会释放出剧毒的砷气体。
其他物理特性
它是一种半导体材料，这意味着它可以表现为电导体或绝缘体，这取决于它所处的环境，例如电场、压力、温度或它接收的辐射。
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它的能带隙宽度为 1.424 eV（电子伏特）。带隙宽度 禁带 ) 是原子电子壳层之间的空间。
能量差越大，电子“跳跃”到下一层并导致半导体变为导电状态所需的能量就越大。
GaAs 的带隙比硅更宽，使其具有很强的抗辐射能力。它还具有直接带隙宽度，这意味着它比具有间接带隙宽度的硅更有效地发光。
获取
它可以通过将氢气混合物（H 2 )和砷在氧化镓(III)上的(Ga 2 O 3 ) 温度为 600°C。
它也可以通过氯化镓(III) (GACL) 与 3 )和氧化砷(As 2 O 3 ) 温度为 800°C。
在太阳能电池中的应用
砷化镓自 1970 世纪 XNUMX 年代以来就被用于太阳能电池，因为它具有优异的光伏特性，比其他材料更具优势。
在将太阳能转化为电能方面，它的表现比硅更好，在高热或低光照条件下能够提供更多的电力，这是太阳能电池所承受的两种常见条件，即光照水平和温度会发生变化。
其中一些太阳能电池用于太阳能汽车、航天器和卫星。
GaAs 在此应用中的优势
它耐潮湿和紫外线辐射，这使其更能抵御环境条件并可用于航空航天应用。
它具有较低的温度系数，在高温下仍能保持其有效性，并能承受高剂量的累积辐射。只需在 200°C 下回火即可消除辐射损伤。
它具有较高的光子吸收系数，因此，它在弱光下具有很高的性能，也就是说，在阳光很少的情况下，它的能量损失很少。
它比任何其他技术都能在单位面积上产生更多能量。这在空间有限的情况下（例如在飞机、车辆或小型卫星中）至关重要。
它是一种灵活且轻质的材料，即使应用在非常薄的层中也能保持高效，这使得太阳能电池非常轻、灵活且高效。
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太空计划已使用 GaAs 太阳能电池超过 25 年。
GaAs 与锗、铟和磷的其他化合物的结合使得获得非常高效的太阳能电池成为可能，这种电池正在用于探索火星表面的车辆。
GaAs的缺点
与硅相比，它是一种非常昂贵的材料，这成为其在地面太阳能电池中实际应用的主要障碍。
然而，人们正在研究将其用于极薄层的方法，这将降低成本。
在电子设备中的使用
GaAs 在各种电子设备中有多种用途。
在晶体管中
晶体管是用于放大电信号以及打开或关闭电路等用途的元件。
用于晶体管的 GaAs 具有比硅更大的电子迁移率和更高的电阻率，因此它能够承受更大的能量和更高的频率条件，产生更少的噪音。
没有GPS
在 1980 世纪 XNUMX 年代，这种化合物的使用使得 全球定位系统接收器 （全球定位系统） 。
该系统可以让你以厘米级的精度确定地球上物体或人的位置。
在光电设备中
在相对较低的温度下获得的 GaAs 薄膜具有优异的光电特性，例如高电阻率（需要高能量才能成为导体）和快速的电子传输。
其直接能带隙使其适合用于此类器件。这类器件可将电能转换为辐射能，或将辐射能转换为电能，例如LED灯、激光器、探测器、发光二极管等。
在特殊辐射下
这种化合物的特性使其能够产生太赫兹频率的辐射，这种辐射可以穿透除金属和水以外的所有类型的材料。
太赫兹辐射是非电离的，因此可以用来获取医学图像，因为它不会像 X 射线那样损害身体组织或导致 DNA 发生变化。
这些辐射还可以检测出隐藏在人体和行李中的武器，可以用于化学和生物化学中的光谱分析方法，并有助于发现隐藏在古老建筑中的艺术品。
潜在的医疗
一种砷化镓激光器已被证实能够促进小鼠被某种蛇毒损伤的肌肉组织的再生。然而，其对人体的有效性仍需进一步研究。
多支球队
它被用作磁阻器件、热敏电阻、电容器、通过光纤的光电数据传输、微波、卫星通信设备中使用的集成电路、雷达系统、智能手机（4G 技术）和平板电脑中的半导体。
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它是一种剧毒化合物。长期或反复接触这种物质会对身体造成损害。
接触症状可能包括低血压、心力衰竭、癫痫、体温过低、瘫痪、呼吸性水肿、发绀、肝硬化、肾损伤、血尿、白细胞减少等。
它会引发癌症并损害生育能力，对动物也具有毒性和致癌性。
危险废物
GaAs 在电子设备中的使用日益增多，引发了人们对这种材料在环境中的命运及其对公众和环境健康的潜在风险的担忧。
当含有 GaAs 的设备在城市垃圾填埋场中被处理时，存在释放砷（一种有毒元素）的潜在风险。
一些研究表明，垃圾填埋场的低pH值和氧化条件对GaAs腐蚀和砷释放至关重要。在pH值为7,6且氧气浓度正常的环境下，这种有毒准金属的释放量最高可达15%。
参考文献
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