Über Gallium » Einsatzgebiete
Bei allen Anwendungsbereichen des Galliums muss man sich verdeutlichen, dass es ein sehr seltenes Element ist.
Gallium eignet sich wegen seines hohen Siedepunktes zur Füllung von Hochtemperaturthermometern. Solche Thermometer können Temperaturbereiche von minus 15 bis plus 1200°Celsius messen.
In Kernkraftwerken wird Gallium als Wärmeaustauscher verwendet. In diesen wird das aufgewärmte Kühlwasser das unter hohem Druck noch flüssig ist in den gasförmigen Zustand übergeführt, um die Turbinen anzutreiben. Danach wird es wieder kondensiert und dem Kreislauf erneut zugeführt.
Bei der Volumenbestimmung von Gasen dient Gallium als Sperrflüssigkeit. Das Auffanggefäß wird dabei in das Gallium gehalten und mit einem zweiten nach oben und unten offenem Rohr wird das Gas in das mit Gallium gefüllte Auffanggefäß geleitet. Die Menge des verdrängten Galliums zeigt dann das Volumen des eingeleiteten Gases an.
Gallium kann außerdem Quecksilber in Dampflampen ersetzen.
Der hauptsächliche Verwendungsbereich des Galliums liegt in der Halbleiterindustrie.
Es wird in Oberflächenemitter eingebaut, die beispielsweise für die Breitbandübertragung genutzt werden. Das Licht wird in diesen Emittern senkrecht zum pn-Übergang abgestrahlt und nicht wie bei herkömmlichen Kantenemittern in Richtung des Übergangs.
Die Oberflächenemitter strahlen in den gesamten Halbraum ab, sodass die Einkoppelung in Glasfasern schwieriger ist als bei Kantenemittern, die einen geringeren Abstrahlungswinkel haben. Allerdings haben Kantenemitter den Nachteil, dass ihre Wellenfronten stark deformiert werden, wodurch wiederum große Abstrahlwinkel auftreten, was die Einkoppelung schwieriger macht. Die Wellenfronten der Oberflächenemitter sind beugungsbegrenzt und daher letztendlich, trotz der Abstrahlung in den Halbraum, geeigneter.
Sie werden für Leuchtdioden verwendet. Diese haben wie Solarzellen eine pn-Struktur. Der p-Schicht fehlen Elektronen, während die n-Schicht zu viele hat. Dabei ist die p-Schicht mit dem positiven Pol verbunden und die n-Schicht mit dem negativen. Durch diesen Umstand besteht ein Potentialgefälle, dass durch das Verschieben der Ladungen wieder ausgeglichen wird. Wenn man also die zwei Schichten zusammenführt, fließt zwischen ihnen ein Strom und die aufgebaute Spannung wird abgebaut.
Für blaue Leuchtdioden verwendet man Galliumnitrid, für grüne oder rote Leuchtdioden verwendet man Galliumphosphid.
Galliumarsenid wird zu Wafern verarbeitet aus denen ebenfalls elektronische Hochfrequenzbauteile hergestellt werden. Das Galliumarsenid ist dabei das leistungsstärkere Pendant zum üblicherweise verwendeten Silizium. Die Transistorfrequenz, also die maximale Frequenz bis zu welcher das Signal noch verstärkt werden kann, ist beim Gallium um circa das 10fache höher als bei Silizium.
Die Übertragung von Signalen einer höheren Frequenz ist somit rauschärmer.
Die mit Gallium hergestellten Solarzellen sind effizienter als herkömmliche und stellen die Stromversorgung für Satelliten im Weltall sicher.
Das radioaktive Gallium 68 Isotop wird in der Nuklearmedizin im Bereich der Diagnostik eingesetzt. Dort dient es den Aufnahmen in der Positronen- Emissions-Tomographie.
Bei diesem Verfahren wird dem Patienten eine schwach radioaktive Flüssigkeit injiziert, die dann sichtbar gemacht wird. Ihre Verteilung im Körper deutet auf physiologische und biochemische Funktionen hin. Die PET ist also keine Abbildung morphologischer Strukturen. Die radioaktive Flüssigkeit im Körper wird sichtbar gemacht, indem man die emittierten Photonen der Gammastrahlung aufzeichnet. Zwei Photonen werden in einem Winkel von 180° zueinander abgestrahlt. Wenn man also an zwei gegenüberliegenden Punkten Photonen aufzeichnet, kann man den Abstrahlungspunkt bestimmen.
Auf Grund seines niedrigen Schmelzpunktes wird Gallium in automatische Feuerlöscheranlagen eingebaut. Hier dient es als Sperrverschluss. Wenn ein Brand ausbricht schmilzt der Verschluss auf und die Feuerlöscher lösen aus.
Die unter Eigenschaften erwähnte Benetzungsfähigkeit des Galliums und sein großes Reflexionsvermögen machen es für die Beschichtung von Spiegeln nutzbar.
Eine Verbindung des Galliums ist das Galliumphosphat (GaPO4).
Galliumphosphat ist isotyp zu Quarz, was bedeutet, dass es demselben Strukturtyp angehört und daher auch ähnliche Eigenschaften besitzt.
Anstelle der Siliziumatome befinden sich wechselweise Gallium und Phosphor im Kristallgitter.
Der Piezoeffekt des Galliums ist doppelt so groß wie der des Quarzes. Bei diesem Effekt verformt sich der Körper, wenn elektrische Spannung anliegt, baut aber auch ebenso Spannung auf, wenn er verformt wird.
Dadurch ergibt sich eine höhere Kopplungskonstante bei Resonatoren.
Solche Piezoelemente können beispielsweise in der Sensorik für Musikelemente verwendet werden. Der Verformungseffekt in z.B. Instrumentensaiten wird in Wechselspannung umgewandelt und verstärkt. In der Aktorik werden Piezoelemente in Dieseleinspritzsysteme eingebaut, die teilweise mit dem Pumpen- Düsen-System betrieben werden.
Galliumphosphat taucht niemals in der Natur auf, es ist nur synthetisch herstellbar.
