Cloreto de gálio (III) CAS 13450-90-3

Cloreto de gálio (III), também conhecido como cloreto de gálio (III), CAS 13450-90-3, Cl3Ga. É um composto inorgânico que normalmente existe na forma sólida de cor branca ou amarelo claro. Apresenta-se na forma pulverulenta ou cristalina. Possui solubilidade moderada em água e libera grande quantidade de calor. Solúvel em solventes orgânicos como éter e benzeno, solúvel em amônia líquida para formar complexos de amônia. A hidrólise úmida no ar leva à formação de fumaça e o gás existe como dímeros em torno de 270 graus. Hidrolisa e produz fumaça quando o ar está úmido. O gás existe na forma dimérica a aproximadamente 270 graus C. O gálio trivalente existe na forma de GaO33 GaO2- em soluções aquosas acima de pH 6. Possui boa condutividade e sua condutividade está relacionada à temperatura e concentração. Não possui magnetismo no estado sólido, mas pode apresentar certo magnetismo no estado líquido ou gasoso. Como composto inorgânico, possui alta densidade, ampla faixa de ponto de fusão, boa condutividade óptica e elétrica e aplicações em diversos campos. Tem aplicações em vários campos, como semicondutores, células solares, lasers, etc. Também é usado para fabricar outros compostos de gálio, como sais de gálio, óxidos de gálio, etc.

Cloreto de gálio (III)(GaCl3), como composto inorgânico, tem demonstrado amplo valor de aplicação em campos como semicondutores, catalisadores, baterias, materiais ópticos, síntese orgânica e análise espectroscópica devido às suas propriedades químicas e físicas únicas. O que se segue é uma revisão sistemática de seus usos em seis áreas principais.

Fabricação de semicondutores: a base de novos materiais

 

A aplicação na área de semicondutores é um de seus usos mais importantes, principalmente na fabricação de semicondutores compostos e dispositivos optoeletrônicos.
1. Precursor de Deposição Química de Vapor (CVD)
É o principal precursor para a preparação de semicondutores compostos III{0}}V (como nitreto de gálio e arsenieto de gálio) na tecnologia de deposição química de vapor. Durante o processo CVD, o cloreto de gálio se decompõe em altas temperaturas e os átomos de gálio se combinam com elementos como nitrogênio e arsênico para formar um filme semicondutor denso e uniforme no substrato. Esses filmes têm características como alta mobilidade de elétrons e alta tensão de ruptura e são amplamente usados ​​em dispositivos eletrônicos de alta-frequência, alta-velocidade e alta-potência, como estações base de comunicação 5G, sistemas de radar e equipamentos de comunicação por satélite.

 

2. Material de substrato de LED
Como material de substrato, fornece suporte estrutural e otimização de desempenho óptico para chips de LED. Seu amplo bandgap, alta condutividade térmica e forte resistência à radiação fazem com que os LEDs baseados em substratos de cloreto de gálio tenham maior eficiência luminosa e maior vida útil. Por exemplo, empresas líderes em LED, como a Liad, adotaram substratos de cloreto de gálio, melhorando significativamente a eficiência luminosa e a confiabilidade de seus produtos e promovendo a atualização da iluminação LED e da tecnologia de exibição.

 

3. Dopante semicondutor
Pode ser usado para dopar materiais semicondutores através da introdução de íons de gálio para regular as propriedades elétricas dos semicondutores. Por exemplo, a dopagem de gálio em semicondutores baseados em silício-pode formar semicondutores do tipo P-, que se combinam com semicondutores do tipo N-para formar junções PN, realizando as funções de dispositivos eletrônicos básicos, como diodos e transistores.

Tecnologia de bateria: inovadora em armazenamento de energia

 

A aplicação no campo de baterias concentra-se principalmente em baterias de cloreto de tionila de lítio (LTC) e baterias de íon-de lítio, melhorando o desempenho da bateria otimizando o sistema eletrolítico.
1. Sal eletrolítico da bateria de cloreto de tionila de lítio
Em baterias LTC, como material precursor do sal eletrolítico LiGaCl ₄,cloreto de gálio (III) 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 anos), amplamente utilizado em comunicações militares, aeroespaciais e campos de monitoramento remoto.

 

2. Material de eletrodo positivo para baterias de íon-de lítio
Ele pode ser usado como um aditivo para materiais de eletrodos positivos em baterias de íons de lítio, formando uma solução sólida de gálio-lítio para suprimir a transição de fase e a expansão de volume dos materiais dos eletrodos e melhorar a estabilidade do ciclo e a segurança das baterias. Por exemplo, adicionar cloreto de gálio ao eletrodo positivo de óxido de lítio-cobalto pode aumentar o número de ciclos da bateria de 500 para mais de 1.000, ao mesmo tempo que reduz o risco de fuga térmica.

Materiais Ópticos: Fusão de Transparência e Funcionalidade

 

A aplicação no campo da óptica reflete-se principalmente na preparação de vidros ópticos e no empacotamento de dispositivos optoeletrônicos, utilizando sua alta transmitância e estabilidade química para otimizar o desempenho óptico.
1. Fabricação de vidro óptico
Pode ser usado como dopante para vidro óptico para alterar o índice de refração, dispersão e transmitância do vidro, regulando a concentração e distribuição de íons de gálio. Por exemplo, dopar cloreto de gálio em vidro fluoretado pode preparar materiais ópticos de baixa perda e alta largura de banda adequados para comunicação de fibra óptica, promovendo o desenvolvimento de tecnologia de comunicação óptica.

 

2. Embalagem de dispositivos optoeletrônicos
Os materiais de embalagem que podem ser usados ​​para dispositivos optoeletrônicos, ao formar uma densa camada protetora de óxido de gálio para isolar o vapor de água e o oxigênio, prolongam a vida útil do dispositivo. Por exemplo, em embalagens de células solares, o revestimento de cloreto de gálio pode reduzir a taxa de atenuação da célula de 5% ao ano para menos de 1%, melhorando significativamente a eficiência de conversão de energia.

O método de cloração é um método comumente usado para sintetizarCloreto de gálio (III). As etapas e equações químicas correspondentes deste método serão descritas em detalhes abaixo.

Ga + Cl₂→ GaCl3

Preparação experimental:
Antes de iniciar o experimento, é necessário preparar os materiais e equipamentos experimentais necessários. Certifique-se de que todos os materiais e equipamentos estejam secos e limpos.
(1) Pó de gálio: Escolha pó de gálio de alta-pureza, armazene-o em local seco e certifique-se de que não esteja contaminado antes de usar. Pese com precisão a massa necessária de pó de gálio usando uma balança eletrônica.
(2) Cloro gasoso: Use cloro gasoso de alta-pureza para garantir a precisão da reação e a pureza do produto. Certifique-se de que o gás cloro seja mantido seco durante o armazenamento e uso. Use cilindros de gás ou gasodutos para introduzir gás cloro no aparelho experimental.
Equipamento de aquecimento: selecione equipamento de aquecimento apropriado, como uma camisa de aquecimento elétrico ou um forno-de alta temperatura, para controlar a temperatura da reação. Pré-aqueça o equipamento de aquecimento à temperatura desejada.
(3) Equipamento de secagem: Utilize dessecantes ou secadores para garantir a secura do ambiente experimental e evitar a influência da umidade na reação. Coloque o dessecante ou secador próximo ao dispositivo experimental para manter um ambiente experimental seco.
(4) Equipamento experimental: Prepare béqueres, misturadores, conta-gotas e outros equipamentos experimentais para garantir que estejam limpos e em boas condições de funcionamento. Limpe o equipamento experimental com detergente e enxágue abundantemente com água deionizada.

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