Structure de Gallium arseniuro, propriétés, utilisations, risques

Il Gallium arseniuro Un composé inorganique formé par un atome de l'élément gallic (GA) et un atome d'arsenic (AS). Sa formule chimique est GaAS. C'est un solide gris foncé qui peut présenter une brillance métallique bleu verdâtre.

Les nanostructures de ce composé ont été obtenues avec un potentiel pour diverses utilisations dans de nombreux domaines de l'électronique. Il appartient à un groupe de matériaux appelés composés III-V pour l'emplacement de ses éléments dans le tableau périodique chimique.

Nanostructures de GAAS. Ян le.Org / licences / by-sa / 4.0). Source: Wikimedia Commons.

Il s'agit d'un matériau semi-conducteur, ce qui signifie que l'électricité ne peut conduire que dans certaines conditions. Il est largement utilisé dans les appareils électroniques, tels que les transistors, les GP, les lumières LED, les lasers, les tablettes et les smartphones.

Il a des caractéristiques qui permettent d'absorber facilement la lumière et de le faire de l'électricité. Par conséquent, il est utilisé dans les cellules solaires des véhicules satellites et spatiaux.

Il permet de générer des rayonnements qui pénètrent dans divers matériaux et également des organismes vivants, sans générer de dommages à ces. L'utilisation d'un type laser GaAs qui se régénère s'est détériorée par le poison à serpent a été étudiée.

Cependant, c'est un composé toxique et peut provoquer un cancer chez l'homme et les animaux. Les équipes électroniques qui sont jetées dans des décharges peuvent libérer l'arsenic dangereux et nuire à la santé des gens, des animaux et de l'environnement.

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Structure

Le gallium arseniuro présente un rapport 1: 1 entre un élément du groupe III du tableau périodique et un élément du groupe V, il est donc appelé composé III-V.

Il est considéré comme un solide intermétallique composé d'arsenic (AS) et de gallium (GA) avec des états d'oxydation qui vont de GA⁽⁰⁾As⁽⁰⁾ à Ga⁽⁺³⁾As^(-3).

Cristal de gallium arseniuro. W. Oelen / CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0). Source: Wikimedia Commons.

Nomenclature

• Gallium arseniuro
• Monoarsers gallium

Propriétés

État physique

Solide cristallin gris foncé avec du bleu verdâtre ou de la poussière gris brille. Ses cristaux sont cubes.

Cristaux de Gaas. Gauche: côté poli. Droite: côté rugueux. MaterialScientist chez English Wikipedia / CC By-S (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0). Source: Wikimedia Commons.

Poids moléculaire

144,64 g / mol

Point de fusion

1238 ºC

Densité

5 3176 g / cm³ à 25 ° C.

Solubilité

Dans l'eau: moins de 1 mg / ml à 20 ° C.

Propriétés chimiques

Il a un hydrate qui peut former des sels d'acide. Il est stable dans l'air sec. Dans l'air humide, il s'assombrit.

Vous pouvez réagir avec de la vapeur, des acides et du gaz acide en émettant le gaz toxique appelé arsina, arsano ou hydrure d'arsenic (cendres₃). Réagit avec des bases émettant de l'hydrogène gazeux.

Il est attaqué par de l'acide chlorhydrique concentré et par des halogènes. Quand il est fondu, le quartz attaque. S'il est humidifié, il dégage une odeur d'ail et s'il subit du chauffage jusqu'à ce que sa décomposition émet des gaz très toxiques d'arsenic.

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Autres propriétés physiques

Il s'agit d'un matériau semi-conducteur qui signifie qu'il peut se comporter comme un conducteur d'électricité ou comme isolant de celui-ci en fonction des conditions auxquelles il est soumis, comme le champ électrique, la pression, la température ou le rayonnement qu'il reçoit.

Bandes électroniques

Il a une largeur d'écart d'énergie de 1 424 eV (électronvolts). La largeur d'énergie d'énergie, une bande interdite ou une bande interdite (anglais Bandage) est l'espace entre les électrons d'un atome.

Plus la largeur de l'écart d'énergie est grande, plus l'énergie requise par les électrons est grande pour «passer» à la couche suivante et faire passer le semi-conducteur à un état conducteur.

Le GAAS a une largeur d'écart d'énergie que celle du silicium et cela le rend très résistant aux rayonnements. C'est aussi une largeur d'espace directe, il peut donc émettre de la lumière plus efficacement que le silicium, dont la largeur d'écart est indirecte.

Obtention

Peut être obtenu en passant un mélange de gaz d'hydrogène (h₂) et de l'arsenic sur l'oxyde de gallium (III) (GA₂SOIT₃) à 600 ° C.

Il peut également être préparé par réaction entre le chlorure de gallium (III) (GACL₃) et l'oxyde d'arsenic (comme₂SOIT₃) à 800 ° C.

Utiliser dans les cellules solaires

Gallium arseniuro est utilisé dans les cellules solaires depuis les années 1970, car il a des caractéristiques photovoltaïques exceptionnelles qui lui donnent un avantage sur d'autres matériaux.

Il fonctionne mieux que le silicium lors de la conversion de l'énergie solaire en électricité, car il fournit plus d'énergie dans des conditions de chaleur élevées ou peu de lumière, deux des conditions courantes qui soutiennent les cellules solaires, où il y a des changements dans l'éclairage et les niveaux de température.

Certaines de ces cellules solaires sont utilisées dans des voitures qui fonctionnent avec l'énergie solaire, les véhicules spatiaux et les satellites.

Cellules solaires GaAs dans un petit satellite. United States Naval Academy / Domaine public. Source: Wikimedia Commons.

Avantages du GAAS pour cette application

Il résiste à l'humidité et au rayonnement ultraviolet, ce qui le rend plus durable aux conditions environnementales et vous permet de l'utiliser dans des applications aérospatiales.

Il a un coefficient de température à basse température, il ne perd donc pas d'efficacité à des températures élevées et résiste aux doses de rayonnement accumulées élevées. Les dommages causés par le rayonnement peuvent être éliminés par tempérament à seulement 200 ° C.

Il a un coefficient élevé d'absorption de photons de lumière, il a donc une performance élevée avec peu de lumière, c'est-à-dire qu'il perd très peu d'énergie lorsqu'il y a un mauvais éclairage de soleil.

Peut vous servir: lien ionique: caractéristiques, comment elle est formée et des exemplesLes cellules solaires GaAs sont même efficaces en présence de peu de lumière. Auteur: Arek Socha. Source: Pixabay.

Produit plus d'énergie par unité de surface que toute autre technologie. Ceci est important lorsque une petite surface est disponible, comme les avions, les véhicules ou les petits satellites.

Il s'agit d'un matériau flexible et de faible poids, efficace même lorsqu'il est appliqué en couches très minces, ce qui rend la cellule solaire très légère, flexible et efficace.

Cellules solaires pour les véhicules spatiaux

Les programmes spatiaux utilisent des cellules solaires GAAS depuis plus de 25 ans.

La combinaison de GaAs avec d'autres composés germanium, indien et phosphore a permis d'obtenir des cellules solaires très efficaces qui sont utilisées dans des véhicules qui explorent la surface de la planète Mars.

Version artistique de The Curiosity Explorer sur Mars. Cet artefact a des cellules solaires GaAs. NASA / JPL-Caltech / Pub Domaine. Source: Wikimedia Commons.

Désavantage de Gaos

Il s'agit d'un matériau très coûteux par rapport au silicium, qui a constitué la principale barrière de sa mise en œuvre pratique dans les cellules solaires terrestres.

Cependant, des méthodes sont étudiées pour une utilisation en couches extrêmement minces, ce qui réduira les coûts.

Utiliser sur les appareils électroniques

GAAAS a plusieurs utilisations dans divers appareils électroniques.

Dans les transistors

Les transistors sont des éléments qui servent à amplifier les signaux électriques et les circuits ouverts ou fermés, entre autres utilisations.

Utilisé dans les transistors, le GAAAS a une plus grande mobilité électronique et une plus grande résistivité que le silicium, il tolère donc plus d'énergie et plus de conditions de fréquence, générant moins de bruit.

Le transistor GaAs utilisé pour amplifier la puissance. EPOP / CC0. Source: Wikimedia Commons.

En GPS

Dans les années 80, l'utilisation de ce composé a permis la miniaturisation des récepteurs du système de positionnement global ou du GPS (acronyme pour l'anglais Système de positionnement global).

Ce système permet de déterminer la position d'un objet ou d'une personne sur toute la planète avec une précision de centimètres.

Gallium arseniuro est utilisé dans les systèmes GPS. Auteur: Foundry Co. Source: Pixabay.

Sur les appareils optoélectroniques

Les films GaAs obtenus à des températures relativement basses ont d'excellentes propriétés optoélectroniques, comme une résistivité élevée (nécessite une grande énergie pour devenir un conducteur) et un transfert d'électrons rapides.

Son écart d'énergie direct le rend adapté à une utilisation dans ce type d'appareils. Ce sont des dispositifs qui transforment l'électricité en énergie rayonnante ou vice versa, tels que LED, laser, détecteur, diodes émettant de la lumière, etc.

Peut vous servir: hybridation du carbone: concept, types et leurs caractéristiquesLanterne légère LED. Il peut contenir du gallium arseniuro. Auteur: Hebi B. Source: Pixabay.

En rayonnement spécial

Les propriétés de ce composé ont favorisé son utilisation pour générer des rayonnements avec des fréquences de térahercios, qui sont des rayonnements qui peuvent pénétrer tous les types de matériaux à l'exception des métaux et de l'eau.

Le rayonnement de Terahercios car il n'est pas ionien.

Ces radiations permettraient également de détecter des armes cachées chez les personnes et les bagages, peuvent être utilisées dans les méthodes d'analyse spectroscopique en chimie et biochimie, et pourraient aider à découvrir des œuvres d'art cachées dans des constructions très anciennes.

Traitement médical potentiel

Un type de laser GaAs s'est avéré utile pour améliorer la régénération de la masse musculaire endommagée par un type de venin de serpent chez la souris. Cependant, des études sont nécessaires pour déterminer son efficacité chez l'homme.

Diverses équipes

Il est utilisé comme semi-conducteur dans les dispositifs Magiter, les thermistances, les condensateurs, la transmission photoélectronique de données par fibre optique, micro-ondes, circuits intégrés utilisés dans les appareils pour les communications satellites, les systèmes radar, les smartphones (technologie 4G) et les comprimés.

Les circuits électroniques des smartphones peuvent contenir des gaas. Auteur: Arek Socha. Source: Pixabay.

Des risques

C'est un composé extrêmement toxique. Une exposition prolongée ou à plusieurs reprises à ce matériau cause des dommages au corps.

Les symptômes d'exposition peuvent inclure l'hypotension, l'insuffisance cardiaque, les convulsions, l'hypothermie, la paralysie, l'œdème respiratoire, la cyanose, la cirrhose du foie, les lésions rénales, l'hématurie et la leucopénie, entre autres.

Peut provoquer le cancer et endommager la fertilité. Il est également toxique et cancérigène pour les animaux.

Déchets dangereux

L'utilisation croissante du GAAS sur les appareils électroniques a suscité des inquiétudes concernant la destination de ce matériel dans l'environnement et ses risques potentiels pour la santé publique et environnementale.

Il existe un risque latent de libération d'arsenic (toxique et toxique.

Certaines études montrent que les conditions de pH et d'oxydésation dans les décharges sont importantes pour la corrosion des GaAs et la libération d'arsenic. Un pH de 7,6 et une atmosphère d'oxygène normale faible peut être libéré jusqu'à 15% de ce métalloïde toxique.

L'équipement électronique ne doit pas être jeté dans les décharges car les GaAs peuvent libérer de l'arsenic toxique. Auteur: Inesby. Source: Pixabay.

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