Gallium(III)-chlorid CAS 13450-90-3

Gallium(III)-chlorid, auch bekannt als Gallium(III)-chlorid, CAS 13450-90-3, Cl3Ga. Es handelt sich um eine anorganische Verbindung, die typischerweise in fester Form in Weiß oder Hellgelb vorliegt. Es hat eine pulverförmige oder kristalline Form. Es ist in Wasser mäßig löslich und gibt viel Wärme ab. Löslich in organischen Lösungsmitteln wie Ether und Benzol, löslich in flüssigem Ammoniak unter Bildung von Ammoniakkomplexen. Nasse Hydrolyse in der Luft führt zu Rauch und Gas liegt bei etwa 270 Grad als Dimere vor. Hydrolysieren und erzeugen Rauch, wenn die Luft feucht ist. Gas liegt bei etwa 270 °C in dimerer Form vor. Dreiwertiges Gallium liegt in wässrigen Lösungen über pH 6 in Form von GaO33 GaO2- vor. Es weist eine gute Leitfähigkeit auf und seine Leitfähigkeit hängt von der Temperatur und der Konzentration ab. Im festen Zustand weist es keinen Magnetismus auf, kann jedoch im flüssigen oder gasförmigen Zustand einen gewissen Magnetismus aufweisen. Als anorganische Verbindung verfügt es über eine hohe Dichte, einen breiten Schmelzpunktbereich, eine gute optische und elektrische Leitfähigkeit und kann in zahlreichen Bereichen eingesetzt werden. Es findet Anwendung in vielen Bereichen, etwa bei Halbleitern, Solarzellen, Lasern usw. Es wird auch zur Herstellung anderer Galliumverbindungen wie Galliumsalze, Galliumoxide usw. verwendet.

Gallium(III)-chlorid(GaCl3) hat als anorganische Verbindung aufgrund seiner einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften einen umfassenden Anwendungswert in Bereichen wie Halbleitern, Katalysatoren, Batterien, optischen Materialien, organischer Synthese und spektroskopischer Analyse gezeigt. Im Folgenden erfolgt eine systematische Übersicht seiner Einsatzmöglichkeiten aus sechs Kernbereichen.

Halbleiterfertigung: Die Grundlage neuer Materialien

 

Die Anwendung im Halbleiterbereich ist einer der wichtigsten Einsatzbereiche, insbesondere bei der Herstellung von Verbindungshalbleitern und optoelektronischen Bauelementen.
1. Vorläufer für chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
Es ist der Kernvorläufer für die Herstellung von III-V-Verbindungshalbleitern (wie Galliumnitrid und Galliumarsenid) in der chemischen Gasphasenabscheidungstechnologie. Während des CVD-Prozesses zersetzt sich Galliumchlorid bei hohen Temperaturen und Galliumatome verbinden sich mit Elementen wie Stickstoff und Arsen, um einen gleichmäßigen und dichten Halbleiterfilm auf dem Substrat zu bilden. Diese Filme zeichnen sich durch Eigenschaften wie hohe Elektronenmobilität und hohe Durchbruchspannung aus und werden häufig in elektronischen Hochfrequenz-, Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsgeräten wie 5G-Kommunikationsbasisstationen, Radarsystemen und Satellitenkommunikationsgeräten verwendet.

 

2. LED-Substratmaterial
Als Substratmaterial bietet es strukturelle Unterstützung und optische Leistungsoptimierung für LED-Chips. Aufgrund der großen Bandlücke, der hohen Wärmeleitfähigkeit und der hohen Strahlungsbeständigkeit verfügen LEDs auf Basis von Galliumchlorid-Substraten über eine höhere Lichtausbeute und eine längere Lebensdauer. Beispielsweise haben führende LED-Unternehmen wie Liad Galliumchlorid-Substrate eingeführt, was die Lichteffizienz und Zuverlässigkeit ihrer Produkte erheblich verbessert und die Modernisierung der LED-Beleuchtungs- und Anzeigetechnologie vorangetrieben hat.

 

3. Halbleiterdotierstoff
Kann zur Dotierung von Halbleitermaterialien durch Einbringen von Galliumionen verwendet werden, um die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern zu regulieren. Beispielsweise kann die Dotierung von Halbleitern auf Silizium--Basis mit Gallium Halbleiter vom Typ P- bilden, die sich mit Halbleitern vom Typ N- zu PN-Übergängen verbinden und so die Funktionen grundlegender elektronischer Geräte wie Dioden und Transistoren realisieren.

Batterietechnologie: Innovator in der Energiespeicherung

 

Die Anwendung im Batteriebereich konzentriert sich hauptsächlich auf Lithium-Thionylchlorid-Batterien (LTC) und Lithium-Ionen-Batterien, wobei die Batterieleistung durch Optimierung des Elektrolytsystems verbessert wird.
1. Lithium-Thionylchlorid-Batterie-Elektrolytsalz
In LTC-Batterien als Vorläufermaterial für das Elektrolytsalz LiGaCl₄,Gallium(III)-chlorid can improve the ion conductivity and chemical stability of the electrolyte. LiGaCl ₄ has a high decomposition voltage (>4V) and a wide electrochemical window, making LTC batteries have high energy density (>500Wh/kg) and long cycle life (>10 Jahre), weit verbreitet in den Bereichen militärische Kommunikation, Luft- und Raumfahrt und Fernüberwachung.

 

2. Positives Elektrodenmaterial für Lithium--Ionenbatterien
Es kann als Zusatz für positive Elektrodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, indem es eine feste Gallium-Lithium-Lösung bildet, um den Phasenübergang und die Volumenausdehnung von Elektrodenmaterialien zu unterdrücken und die Zyklenstabilität und Sicherheit von Batterien zu verbessern. Beispielsweise kann die Zugabe von Galliumchlorid zur positiven Elektrode von Lithiumkobaltoxid die Anzahl der Batteriezyklen von 500 auf über 1000 erhöhen und gleichzeitig das Risiko eines thermischen Durchgehens verringern.

Optische Materialien: Fusion von Transparenz und Funktionalität

 

Die Anwendung im Bereich der Optik spiegelt sich hauptsächlich in der Herstellung von optischem Glas und der Verpackung optoelektronischer Geräte wider, wobei dessen hohe Durchlässigkeit und chemische Stabilität zur Optimierung der optischen Leistung genutzt werden.
1. Herstellung von optischem Glas
Es kann als Dotierstoff für optisches Glas verwendet werden, um den Brechungsindex, die Dispersion und die Durchlässigkeit des Glases zu verändern, indem es die Konzentration und Verteilung von Galiumionen reguliert. Durch die Dotierung von Fluoridglas mit Galiumchlorid können beispielsweise optische Materialien mit geringem Verlust und hoher Bandbreite hergestellt werden, die für die Glasfaserkommunikation geeignet sind, und so die Entwicklung der optischen Kommunikationstechnologie fördern.

 

2. Verpackung optoelektronischer Geräte
Verpackungsmaterialien, die für optoelektronische Geräte verwendet werden können, verlängern durch die Bildung einer dichten Galiumoxid-Schutzschicht zur Isolierung von Wasserdampf und Sauerstoff die Lebensdauer des Geräts. Beispielsweise kann bei der Verpackung von Solarzellen eine Galiumchloridbeschichtung die Dämpfungsrate der Zelle von 5 % pro Jahr auf unter 1 % reduzieren und so die Effizienz der Energieumwandlung deutlich verbessern.

Die Chlorierungsmethode ist eine häufig verwendete Methode zur SyntheseGallium(III)-chlorid. Die Schritte und entsprechenden chemischen Gleichungen dieser Methode werden im Folgenden ausführlich beschrieben.

Ga + Cl₂→ GaCl3

Versuchsvorbereitung:
Vor Beginn des Experiments ist es notwendig, die notwendigen Versuchsmaterialien und Geräte vorzubereiten. Stellen Sie sicher, dass alle Materialien und Geräte in einem trockenen und sauberen Zustand sind.
(1) Galiumpulver: Wählen Sie hochreines Galiumpulver, lagern Sie es an einem trockenen Ort und stellen Sie vor der Verwendung sicher, dass es nicht kontaminiert ist. Wiegen Sie die erforderliche Masse an Galiumpulver mit einer elektronischen Waage genau ab.
(2) Chlorgas: Verwenden Sie hochreines Chlorgas, um die Genauigkeit der Reaktion und die Reinheit des Produkts sicherzustellen. Stellen Sie sicher, dass Chlorgas während der Lagerung und Verwendung trocken gehalten wird. Verwenden Sie Gasflaschen oder Gasleitungen, um Chlorgas in die Versuchsapparatur einzuleiten.
Heizgeräte: Wählen Sie geeignete Heizgeräte aus, z. B. einen elektrischen Heizmantel oder einen Hochtemperaturofen, um die Temperatur der Reaktion zu steuern. Heizgerät auf die gewünschte Temperatur vorheizen.
(3) Trocknungsgeräte: Verwenden Sie Trockenmittel oder Trockner, um die Trockenheit der Versuchsumgebung sicherzustellen und den Einfluss von Feuchtigkeit auf die Reaktion zu vermeiden. Platzieren Sie das Trockenmittel oder den Trockner in der Nähe des Versuchsgeräts, um eine trockene Versuchsumgebung aufrechtzuerhalten.
(4) Versuchsausrüstung: Bereiten Sie Bechergläser, Mischer, Tropfer und andere Versuchsgeräte vor, um sicherzustellen, dass sie sauber und in gutem Betriebszustand sind. Reinigen Sie die Versuchsausrüstung mit Reinigungsmittel und spülen Sie sie gründlich mit entionisiertem Wasser ab.

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