Galium arsenida: struktur, sifat, kegunaan, risiko

Galium arsenida senyawa anorganik yang terdiri dari unsur atom galium (Ga) dan atom arsen (As). Rumus kimianya adalah GaAs. Ini adalah padatan abu-abu gelap yang dapat memiliki kilau metalik biru-hijau.

Struktur nano senyawa ini telah diperoleh dengan potensi untuk berbagai kegunaan di berbagai bidang elektronik. Itu milik sekelompok bahan yang disebut senyawa III-V karena lokasi unsur-unsurnya dalam tabel periodik kimia.

struktur nano GaAs. а ова, ергей овачёв / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Ini adalah bahan semikonduktor, yang berarti dapat menghantarkan listrik hanya dalam kondisi tertentu. Ini banyak digunakan dalam perangkat elektronik, seperti transistor, GPS, lampu LED, laser, tablet, dan ponsel pintar.

Ini memiliki ciri-ciri yang memungkinkannya dengan mudah menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi energi listrik. Untuk alasan ini digunakan dalam sel surya satelit dan kendaraan ruang angkasa.

Hal ini memungkinkan generasi radiasi yang menembus berbagai bahan dan juga organisme hidup, tanpa menyebabkan kerusakan pada mereka. Penggunaan jenis laser GaAs yang meregenerasi massa otot yang rusak akibat bisa ular telah dipelajari.

Namun, itu adalah senyawa beracun dan dapat menyebabkan kanker pada manusia dan hewan. Peralatan elektronik yang dibuang di tempat pembuangan sampah dapat melepaskan arsenik berbahaya dan membahayakan kesehatan manusia, hewan, dan lingkungan.

Struktur

Galium arsenida memiliki rasio 1:1 antara unsur Golongan III dari tabel periodik dan unsur Golongan V, itulah sebabnya disebut senyawa III-V.

Galium arsenida dianggap sebagai padatan intermetalik yang terdiri dari arsenik (As) dan galium (Ga) dengan bilangan oksidasi mulai dari Ga (0) As (0) hingga Ga (+3) As (-3) .

kristal galium arsenida. W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Tata nama

  • Gallium arsenida
  • Gallium monoarsenide

Sifat Galium arsenida

Keadaan fisik

Padatan kristal abu-abu gelap dengan kilau logam biru-hijau atau bubuk abu-abu. Kristalnya berbentuk kubus.

kristal GaAs. Kiri: sisi yang dipoles. Kanan: sisi kasar. Materialscientist di Wikipedia bahasa Inggris / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Berat molekul

144,64 g / mol

Titik lebur

1238 C

Kepadatan

5,3176 g / cm 3 pada 25 ° C

Kelarutan

Dalam air: kurang dari 1 mg / mL pada 20 ° C.

Sifat kimia Galium arsenida

Ini memiliki hidrat yang dapat membentuk garam asam. Ini stabil di udara kering. Di udara lembab itu menjadi gelap.

Itu dapat bereaksi dengan uap, asam dan gas asam, memancarkan gas beracun yang disebut arsin, arsan atau arsenik hidrida (AsH 3 ). Bereaksi dengan basa memancarkan gas hidrogen.

Itu diserang oleh asam klorida pekat dan oleh halogen. Ketika cair itu menyerang kuarsa. Jika basah mengeluarkan bau bawang putih dan jika dipanaskan hingga terurai mengeluarkan gas arsenik yang sangat beracun.

Sifat fisik lainnya

Ini adalah bahan semikonduktor yang berarti dapat berperilaku sebagai konduktor listrik atau sebagai isolator tergantung pada kondisi yang dikenakannya, seperti medan listrik, tekanan, suhu atau radiasi yang diterimanya.

Celah antara pita elektronik

Ini memiliki lebar celah energi 1.424 eV (elektron volt). Lebar celah energi, pita terlarang atau celah pita (dari bahasa Inggris celah pita ) adalah ruang antara kulit elektron atom.

Semakin lebar celah energi, semakin besar energi yang dibutuhkan elektron untuk “melompat” ke kulit berikutnya dan menyebabkan semikonduktor berubah ke keadaan konduktif.

GaAs memiliki lebar celah energi yang lebih besar daripada silikon dan ini membuatnya sangat tahan terhadap radiasi. Ini juga merupakan lebar celah langsung, sehingga dapat memancarkan cahaya lebih efektif daripada silikon, yang lebar celahnya tidak langsung.

Mendapatkan

Ini dapat diperoleh dengan melewatkan campuran gas hidrogen (H 2 ) dan arsenik di atas galium (III) oksida (Ga 2 O 3 ) pada 600 ° C.

Itu juga dapat dibuat dengan reaksi antara galium (III) klorida (GaCl 3 ) dan arsenik oksida (As 2 O 3 ) pada 800 ° C.

Penggunaan Galium arsenida dalam sel surya

Galium arsenida telah digunakan dalam sel surya sejak tahun 1970-an, karena memiliki ciri-ciri fotovoltaik yang luar biasa yang memberikan keunggulan dibandingkan bahan lainnya.

Performanya lebih baik daripada silikon dalam mengubah energi matahari menjadi listrik, memberikan lebih banyak energi di bawah kondisi panas tinggi atau cahaya rendah, dua kondisi umum yang dialami sel surya, di mana ada perubahan tingkat pencahayaan dan suhu.

Beberapa sel surya ini digunakan dalam mobil bertenaga surya, kendaraan luar angkasa, dan satelit.

Sel surya GaAs pada satelit kecil. Akademi Angkatan Laut Amerika Serikat / Domain publik. Sumber: Wikimedia Commons.

Keuntungan GaAs untuk kegunaan ini

Galium arsenida tahan terhadap kelembaban dan radiasi ultraviolet, yang membuatnya lebih tahan lama terhadap kondisi lingkungan dan memungkinkannya untuk digunakan dalam kegunaan luar angkasa.

Ini memiliki koefisien suhu rendah, sehingga tidak kehilangan efisiensi pada suhu tinggi dan menahan akumulasi dosis radiasi yang tinggi. Kerusakan radiasi dapat dihilangkan dengan temper hanya pada 200 ° C.

Galium arsenida memiliki koefisien penyerapan foton cahaya yang tinggi, sehingga memiliki kinerja tinggi dalam cahaya rendah, yaitu, kehilangan energi yang sangat sedikit ketika ada penerangan yang buruk dari matahari .

Sel surya GaAs efisien bahkan dalam cahaya rendah. Pengarang : Arek Socha. Sumber: Pixabay.

Menghasilkan lebih banyak energi per satuan luas daripada teknologi lainnya. Ini penting ketika Anda memiliki area kecil seperti pesawat terbang, kendaraan atau satelit kecil.

Ini adalah bahan yang fleksibel dan berbobot rendah , menjadi efisien bahkan ketika diterapkan pada lapisan yang sangat tipis, yang membuat sel surya sangat ringan, fleksibel dan efisien.

Sel surya untuk kendaraan luar angkasa

Program luar angkasa telah menggunakan sel surya GaAs selama lebih dari 25 tahun.

Kombinasi GaAs dengan senyawa lain dari germanium, indium dan fosfor telah memungkinkan untuk memperoleh sel surya efisiensi sangat tinggi yang digunakan dalam kendaraan yang menjelajahi permukaan planet Mars .

Penjelajah Curiosity di Mars versi artis. Perangkat ini memiliki sel surya GaAs. NASA / JPL-Caltech / Domain publik. Sumber: Wikimedia Commons.

Kekurangan GaAs

Galium arsenida adalah bahan yang sangat mahal dibandingkan dengan silikon, yang telah menjadi penghalang utama penerapan praktisnya dalam sel surya terestrial.

Namun, metode penggunaannya dalam lapisan yang sangat tipis sedang dipelajari, yang akan mengurangi biaya.

Manfaat Galium arsenida di perangkat elektronik

Galium arsenida memiliki banyak kegunaan di berbagai perangkat elektronik.

Dalam transistor

Transistor adalah unsur yang berfungsi untuk memperkuat sinyal listrik dan membuka atau menutup sirkuit, di antara kegunaan lainnya.

Digunakan dalam transistor, galium arsenida memiliki mobilitas elektronik yang lebih tinggi dan resistivitas yang lebih tinggi daripada silikon, sehingga mentolerir kondisi energi yang lebih tinggi dan frekuensi yang lebih tinggi, menghasilkan lebih sedikit noise.

Transistor GaAs digunakan untuk memperkuat daya . Epop / CC0. Sumber: Wikimedia Commons.

Di GPS

Pada 1980-an penggunaan senyawa ini memungkinkan miniaturisasi penerima Global Positioning System atau GPS ( Global Positioning System ).

Sistem ini memungkinkan untuk menentukan posisi suatu objek atau orang di seluruh planet dengan akurasi sentimeter.

Gallium arsenide digunakan dalam sistem GPS. Penulis: Foundry Co. Sumber: Pixabay.

Dalam perangkat optoelektronik

Film Galium arsenida yang diperoleh pada suhu yang relatif rendah memiliki sifat optoelektronik yang sangat baik, seperti resistivitas tinggi (membutuhkan energi tinggi untuk menjadi konduktif) dan transfer elektron yang cepat.

Celah energi langsungnya membuatnya cocok untuk digunakan pada perangkat jenis ini. Mereka adalah perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi radiasi atau sebaliknya, seperti lampu LED, laser, detektor, dioda pemancar cahaya, dll.

Senter LED. Mungkin mengandung galium arsenida. Penulis: Hebi B. Sumber: Pixabay.

Dalam radiasi khusus

Sifat senyawa ini mendorong penggunaannya untuk menghasilkan radiasi dengan frekuensi terahertz, yaitu radiasi yang dapat menembus semua jenis bahan kecuali logam dan air.

Radiasi Terahertz, karena non-ionisasi, dapat diterapkan dalam memperoleh citra medis, karena tidak merusak jaringan tubuh atau menyebabkan perubahan DNA seperti sinar-X.

Radiasi ini juga memungkinkan untuk mendeteksi senjata tersembunyi pada orang dan barang bawaan, dapat digunakan dalam metode analisis spektroskopi dalam kimia dan biokimia, dan dapat membantu mengungkap karya seni tersembunyi di bangunan yang sangat tua.

Perawatan medis potensial

Jenis laser GaAs telah terbukti membantu dalam meningkatkan regenerasi massa otot yang rusak oleh sejenis bisa ular pada tikus. Namun, penelitian diperlukan untuk menentukan efektivitasnya pada manusia.

Berbagai tim

Ini digunakan sebagai semikonduktor dalam perangkat magnetoresistance, termistor, kapasitor, transmisi data serat optik fotoelektronik, gelombang mikro, sirkuit terpadu yang digunakan dalam perangkat untuk komunikasi satelit, sistem radar, smartphone (teknologi 4G) dan tablet.

Sirkuit elektronik di smartphone dapat berisi GaAs. Pengarang : Arek Socha. Sumber: Pixabay.

Resiko

Ini adalah senyawa yang sangat beracun. Paparan yang berkepanjangan atau berulang terhadap bahan ini menyebabkan kerusakan pada tubuh.

Gejala paparan dapat mencakup hipotensi, gagal jantung, kejang, hipotermia, kelumpuhan, edema pernapasan, sianosis, sirosis hati, kerusakan ginjal , hematuria, dan leukopenia, di antara banyak lainnya.

Ini dapat menyebabkan kanker dan merusak kesuburan. Ini beracun dan karsinogenik juga untuk hewan.

Limbah berbahaya

Meningkatnya penggunaan GaAs dalam perangkat elektronik telah menimbulkan kekhawatiran mengenai nasib bahan ini di lingkungan dan potensi risikonya terhadap kesehatan masyarakat dan lingkungan.

Ada risiko laten pelepasan arsenik (unsur beracun dan beracun) ketika perangkat yang mengandung GaAs dibuang di tempat pembuangan limbah padat kota.

Studi menunjukkan bahwa pH dan kondisi redoks di tempat pembuangan sampah penting untuk korosi GaAs dan pelepasan arsenik. Pada pH 7,6 dan di bawah atmosfer oksigen normal, hingga 15% dari metaloid beracun ini dapat dilepaskan.

Peralatan elektronik tidak boleh dibuang di tempat pembuangan sampah karena GaAs dapat melepaskan arsenik beracun. Pengarang: INESby. Sumber: Pixabay.

Referensi

  1. Perpustakaan Kedokteran Nasional AS. (2019). Gallium arsenida. Dipulihkan dari pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  2. Choudhury, SA dkk. (2019). Struktur nano logam untuk sel surya. Dalam Nanomaterials untuk Kegunaan Sel Surya. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
  3. Ramos-Ruiz, A. dkk. (2018). Perilaku pelindian Gallium arsenide (GaAs) dan perubahan kimia permukaan sebagai respons terhadap pH dan O 2 . Pengelolaan Sampah 77 (2018) 1-9. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
  4. Schlesinger, TE (2001). Gallium Arsenida. Dalam Ensiklopedia Bahan: Sains dan Teknologi. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
  5. Mylvaganam, K. et al. (2015). Film tipis yang keras. film GaAs. Sifat dan produksi. Dalam Nanocoatings Anti-Abrasive. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
  6. Lide, DR (editor) (2003). Buku Pegangan CRC Kimia dan Fisika. Pers CRC ke- 85 .
  7. Elinoff, G. (2019). Gallium Arsenide: Pemain Lain dalam Teknologi Semikonduktor. Dipulihkan dari allaboutcircuits.com.
  8. Silva, LH dkk. (2012). iradiasi laser GaAs 904-nm meningkatkan pemulihan massa myofiber selama regenerasi otot rangka yang sebelumnya rusak oleh crotoxin. Laser Med Sci 27, 993-1000 (2012). Dipulihkan dari link.springer.com.
  9. Lee, S.-M. dkk. (2015). Sel Surya Ultrathin GaAs Berkinerja Tinggi Diaktifkan dengan Struktur Nano Periodik Dielektrik Terintegrasi Heterogen. ACS Nano. 2015 27 Oktober; 9 (10): 10356-65. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.
  10. Tanaka, A. (2004). Toksisitas indium arsenide, gallium arsenide, dan aluminium gallium arsenide. Toksikol Appl Pharmacol. 2004 1 Agustus; 198 (3): 405-11. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.

Disprosium: struktur, sifat, perolehan, kegunaan
Fukosa: ciri-ciri, struktur, fungsi
Kegunaan Keton — contoh, rumus, sifat, tata nama
Entalpi larutan: cara menghitung, kegunaan, dan latihan