جالينستان

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

جالينستان هو اسم تجاري لسبيكة تتكون من الغاليوم والإنديوم والقصدير ، وتنصهر عند درجة حرارة -19 درجة مئوية (-2 درجة فهرنهايت) ، وبالتالي تكون سائلة في درجة حرارة الغرفة. [ 4 ] [ 5 ] في الأدبيات العلمية، يُستخدم مصطلح جالينستان أيضًا للدلالة على السبيكة اليوتكتيكية المكونة من الغاليوم والإنديوم والقصدير، والتي تنصهر عند حوالي +11 درجة مئوية (52 درجة فهرنهايت) . [ 5 ] المنتج التجاري جالينستان ليس سبيكة يوتكتيكية، بل سبيكة شبه يوتكتيكية. [ 5 ] بالإضافة إلى ذلك، من المحتمل أنه يحتوي على مواد صهر مضافة لتحسين انسيابيته، وخفض درجة انصهاره، وتقليل التوتر السطحي. [ 5 ]    

يتكون الغالينستان الإيوتكتيكي من 68.5%  غاليوم، و21.5%  إنديوم، و10.0%  قصدير (بالكتلة). [ 6 ]

نظراً لانخفاض سمية المعادن المكونة له وانخفاض تفاعليتها، فقد حل الجالينستان محل الزئبق السائل السام أو سبيكة الصوديوم والبوتاسيوم التفاعلية في العديد من التطبيقات مثل مقاييس الحرارة ذات البصيلات والمبادلات الحرارية ذات درجات الحرارة العالية.

اسم

اسم "غالينستان" هو مزيج من كلمات الغاليوم والإنديوم والستانوم ( الكلمة اللاتينية التي تعني "القصدير"). و"غالينستان" علامة تجارية مسجلة لشركة جيراترم الألمانية .

الخصائص الفيزيائية

في وجود الأكسجين بتراكيز أعلى من جزء واحد في المليون، يتأكسد سطح الجالينستان الصلب إلى Ga₂O₃ . وعلى عكس الزئبق، يميل الجالينستان إلى التبلل والالتصاق بالعديد من المواد، بما في ذلك الزجاج، بسبب طبقة الأكسيد السطحية. قد يحد هذا من استخدامه كمادة بديلة مباشرة في بعض الحالات، ولكنه قد يكون مفيدًا في حالات أخرى. [ 10 ] [ 11 ]

الاستخدامات

يمكن استخدام الجالينستان كبديل للزئبق في موازين الحرارة عند درجات حرارة معتدلة.

يتميز الجالينستان بانعكاسية أعلى وكثافة أقل من الزئبق. وفي علم الفلك ، يمكن أن يحل محل الزئبق في التلسكوبات ذات المرايا السائلة . [ 12 ]

تُستخدم المعادن أو السبائك، مثل الغالينستان، وهي مواد سائلة في درجة حرارة الغرفة، غالبًا من قِبل مُحترفي كسر السرعة وهواة الإلكترونيات كواجهة حرارية لتبريد مكونات الحاسوب، حيث تسمح موصليتها الحرارية العالية، مقارنةً بالمعاجين الحرارية والإيبوكسيات الحرارية، بتحقيق سرعات معالجة أعلى قليلاً وقدرة معالجة أكبر لوحدة المعالجة المركزية في العروض التوضيحية ومسابقات كسر السرعة. ومن الأمثلة على ذلك معجون Thermal Grizzly Conductonaut ومعجون Coolaboratory Liquid Ultra ، بموصلية حرارية تبلغ 73 و38.4 واط/متر.كلفن على التوالي. [ 13 ] [ 14 ] على عكس المركبات الحرارية العادية سهلة الاستخدام والتي تُشكل خطرًا منخفضًا على الأجهزة، فإن الغالينستان موصل كهربائيًا ويُسبب هشاشة المعادن السائلة في العديد من المعادن، بما في ذلك الألومنيوم الذي يُستخدم عادةً في المشتتات الحرارية. وعلى الرغم من هذه التحديات، يُبلغ المستخدمون الذين نجحوا في استخدامه عن نتائج جيدة. [ 15 ] في أغسطس 2020، حصلت شركة Sony Interactive Entertainment على براءة اختراع لحل واجهة حرارية قائم على الغالينستان، مناسب للإنتاج الضخم، [ 16 ] لاستخدامه في جهاز PlayStation 5 .

يُعدّ استخدام الجالينستان صعباً لتبريد المفاعلات النووية القائمة على الانشطار ، نظراً لارتفاع مقطع امتصاص الإنديوم للنيوترونات الحرارية ، مما يؤدي إلى امتصاصها بكفاءة عالية وتثبيط تفاعل الانشطار. في المقابل، يجري البحث فيه كمبرد محتمل لمفاعلات الاندماج، حيث لا يُعدّ امتصاص النيوترونات الحرارية عاملاً حاسماً لاستمرار التفاعل.

يمكن استغلال خصائص التبلل لمادة الغالينستان في تصنيع أنماط موصلة، مما يسمح باستخدامها كموصل سائل قابل للتشكيل في الروبوتات المرنة والإلكترونيات القابلة للتمدد. ويمكن استخدام الغالينستان كبديل للأسلاك والوصلات والأقطاب الكهربائية، بالإضافة إلى استخدامه كعنصر موصل في ملفات الحث والمركبات العازلة للمكثفات المرنة. [ 17 ] [ 11 ]

تلامس معدني سائل مركب (CLMC) قائم على إطار معدني حراري مشبع بالغالينستان

يجري أيضًا دراسة استخدام الغالينستان كمادة فعّالة في الموصلات المعدنية السائلة المركبة (CLMC) لتطبيقات التبديل عالية التيار. في هذه الموصلات، يتشرب الغالينستان هيكلًا مساميًا من معدن مقاوم للحرارة (الموليبدينوم، أو التنجستن، أو الرينيوم)، مُشكِّلًا سطحًا موصلًا متصلًا يُغطي ما يصل إلى 98% من مساحة المقطع العرضي للموصل. يعمل الهيكل المرن كمخمد عند الإغلاق، مما يُزيل ارتداد الموصل والتداخل الكهرومغناطيسي المصاحب له. تقلّ خسائر الحرارة بنحو 20 مرة مقارنةً بالموصلات الفضية. [ 18 ] ولأن سطح الموصل سائل، فإن قوى التنافر الكهروديناميكي أثناء تيارات قصر الدائرة تكاد تكون معدومة - وقد تأكد ذلك تجريبيًا عند تيارات تصل إلى 45 كيلو أمبير تيار مستمر دون انفصال الموصل، بينما تنافرت الموصلات النحاسية عند 10 كيلو أمبير. [ 19 ] عملية التصنيع محمية ببراءة اختراع أمريكية. [ 20 ]

معدات الأشعة السينية

يمكن الحصول على مصادر عالية الكثافة للغاية باستخدام مصدر أشعة سينية يعتمد على مصعد من معدن الغالينستان السائل، يُصدر أشعة سينية بطاقة 9.25 كيلو إلكترون فولت (خط ألفا K للغاليوم)، وذلك لتصوير الأنسجة الثابتة (مثل دماغ الفأر) باستخدام مجهر الطور بالأشعة السينية، من بؤرة بؤرية تبلغ مساحتها حوالي 10 ميكرومتر × 10 ميكرومتر، ووحدات حجمية ثلاثية الأبعاد بحجم ميكرومتر مكعب واحد تقريبًا. [ 21 ] يتدفق المعدن من فوهة إلى أسفل بسرعة عالية، ويتم تركيز مصدر الإلكترونات عالي الكثافة عليه. يحمل التدفق السريع للمعدن التيار الكهربائي، لكن التدفق الفيزيائي يمنع ارتفاع درجة حرارة المصعد (بسبب إزالة الحرارة بالحمل القسري)، كما أن ارتفاع درجة غليان الغالينستان يمنع تبخر المصعد. [ 22 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هودز، مارك؛ تشانغ، روي؛ لام، ليزا؛ ويلكوكسون، روس؛ لور، نيت (2014). "حول إمكانات التبريد باستخدام القنوات الصغيرة والفجوات الصغيرة القائمة على الجالينستان". معاملات IEEE في تكنولوجيا المكونات والتغليف والتصنيع . 4 (1): 46-56 . doi : 10.1109/tcpmt.2013.2274699 . ISSN 2156-3950 . S2CID 30876603 .  
  2. 1 2 3 "دراسات تجريبية حول عدم استقرار الأسطح الحرة في قطرة من المعدن السائل" (ملف PDF) . الندوة العلمية الدولية حول نمذجة المعالجة الكهرومغناطيسية، هانوفر . 24-26 مارس 2003. تاريخ الاطلاع: 8 أغسطس 2009 .
  3. 1 2 تشانغ (2019). "توصيف المولدات النانوية الكهروإجهادية" . أجهزة المولدات النانوية الكهروإجهادية المرنة والقابلة للتمدد - نحو أنظمة ذاتية التزويد بالطاقة... وايلي. ص 70. ISBN  978-3-527-34572-4. OCLC 1031449827 . 
  4. ↑ سورمان، ب؛ زيات، ح (نوفمبر 2005). "التحليل الفولتامتري باستخدام قطب كهربائي متجدد ذاتيًا خالٍ من الزئبق". الكيمياء التحليلية والكيمياء الحيوية التحليلية . 383 (6): 1009-1013 . doi : 10.1007/s00216-005-0069-7 . PMID 16228199. S2CID 22732411 .  
  5. هاندشوه-وانغ، ستيفان؛ غان، تيانشنغ؛ رؤوف، محمد؛ يانغ، ويفا؛ ستادلر، فلوريان جيه؛ تشو، شوتشانغ (ديسمبر 2022). " الفرق الدقيق بين غالينستان و GaInSn اليوتكتيكي" . ماتيرياليا . 26 101642. doi : 10.1016 /j.mtla.2022.101642 . S2CID 254003580 . 
  6. ↑ ليو، جينغ (14 يوليو 2018). "الفصل 5: تحضير وخصائص المواد المعدنية السائلة الوظيفية" . المواد الحيوية المعدنية السائلة: المبادئ والتطبيقات . يي، ليتينغ. سنغافورة. ص 96. ISBN  978-981-10-5607-9. OCLC 1044746336 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  7. ↑ ليو، تينغي؛ كيم، تشانغ-جين "سي جيه" (2012). "خصائص سبيكة غالينستان المعدنية السائلة غير السامة لتطبيقات الأجهزة الدقيقة". مجلة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة . 21 (2): 448. CiteSeerX 10.1.1.703.4444 . doi : 10.1109/JMEMS.2011.2174421 . S2CID 30200594 .  
  8. ↑ جيونغ، سيونغ هي؛ هاغمان، أنطون؛ هيورت، كلاس؛ جوبز، ماغنوس؛ سوندكفيست، يوهان؛ وو، زيغانغ (2012). "طباعة الإلكترونيات المرنة الميكروفلويدية باستخدام سبائك سائلة". مختبر على رقاقة . 12 (22): 4657-64 . doi : 10.1039/c2lc40628d . ISSN 1473-0197 . PMID 23038427. S2CID 262117748 .   
  9. ↑ هاندشوه-وانغ، ستيفان؛ تشين، يوتشن؛ تشو، ليفي؛ تشو، شوتشانغ (2018-06-20). "تحليل وتحولات أسطح التماس بين المعادن السائلة في درجة حرارة الغرفة - نظرة فاحصة من خلال التوتر السطحي" . ChemPhysChem . 19 (13): 1584–1592 . doi : 10.1002/cphc.201800559 . ISSN 1439-4235 . PMID 29539243 .  
  10. ↑ دودريك، كايل؛ ليو، شانليانغزي؛ موتنجا، إيفا م.؛ كلاين، كيت ل.؛ داملي، فيراج؛ فاراناسي، كريبا ك.؛ ريكاتشيفسكي، كونراد (17-06-2014). "ظلال مختلفة من الأكسيد: من آليات التبلل النانوية إلى الطباعة التلامسية للمعادن السائلة القائمة على الغاليوم" . لانغمير . 30 (23): 6867-6877 . doi : 10.1021/la5012023 . ISSN 0743-7463 . PMID 24846542 .  
  11. 1 2 نيومان، تايلور ف.؛ ديكي، مايكل د. (سبتمبر 2020). "الكتابة المباشرة للمعادن السائلة والطباعة ثلاثية الأبعاد: مراجعة" . تقنيات المواد المتقدمة . 5 (9) 2000070. doi : 10.1002/admt.202000070 . ISSN 2365-709X . S2CID 221203410 .  
  12. ↑ الكتاب السنوي للمعادن: المعادن والمعادن 2010، المجلد الأول . مكتب الطباعة الحكومي. 2010. ص 48.4. مقتطف من الصفحة 48.4
  13. ↑ "حلول التبريد عالية الأداء من ثيرمال جريزلي - كوندكتونوت" . ثيرمال جريزلي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 ديسمبر 2019 .
  14. ↑ والوسيك، إيغور (21 أكتوبر 2013). "مقارنة المعجون الحراري، الجزء الثاني: اختبار 39 منتجًا" . تومز هاردوير . تم الاسترجاع في 18 ديسمبر 2019 .
  15. ↑ "تبريد الكمبيوتر المحمول بالمعادن السائلة" . يوتيوب . 20 فبراير 2018. مؤرشف من الأصل في 22 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 5 مارس 2021 .
  16. ↑ "WIPO Patentscope: "WO2020162417 - جهاز إلكتروني، جهاز أشباه موصلات، صفيحة عازلة، وطريقة لتصنيع جهاز أشباه موصلات" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-10-2020 .
  17. ↑ بوري، إليزابيث؛ تشون، سيث؛ كوه، أماندا س. (2021). "التطورات الحديثة في مكونات الدوائر القابلة للتشكيل باستخدام المعدن السائل" . مواد إلكترونية متقدمة . 7 (4) 2001006. doi : 10.1002/aelm.202001006 . ISSN 2199-160X . S2CID 234217238 .  
  18. ↑ سميرنوف، يو.؛ وآخرون (2002). "غرفة تفريغ عالية التيار مع موصلات معدنية سائلة مركبة". إليكتروتكنيكا (2): 25-28 . 
  19. ^ برون، أوب. بيليايف، في إل (1984). “الاستقرار الكهروديناميكي للاتصالات المركبة من المعدن السائل”. ازفستيا فوزوف. اليكتروميكانيكا (8): 76- 81.
  20. ↑ US 7686864 ، سميرنوف، يو.؛ سكوروخود، ف.؛ تشيرنيشوف، س.، "طريقة تصنيع موصل مركب من المعدن السائل"، صدرت في 30 مارس 2010 
  21. ↑ هيمبرغ، أ.؛ أوتيندال، م.؛ هيرتز، هـ.م. (2003). "مصدر أشعة سينية ذو مصعد نفاث من المعدن السائل يعمل بتأثير الإلكترونات". مجلة الفيزياء التطبيقية ، 83 (7): 1483. رمز Bibcode : 2003ApPhL..83.1483H . doi : 10.1063/1.1602157 .
  22. ↑ توبيروين، م.؛ وآخرون (2017). "الكشف عن البنية الخلوية ثلاثية الأبعاد لدماغ الفأر بواسطة التصوير المقطعي بالأشعة السينية المخبرية" . تقارير علمية 7 42847. Bibcode : 2017NatSR ...742847T . doi : 10.1038/srep42847 . PMC 5327439. PMID 28240235 .   

مصادر

  • شارمان، ف.؛ تشيركاشينين، ج.؛ بريترنيتز، ف.؛ كنيدليك، ش.؛ هارتونغ، ج.؛ ويبر، ث.؛ شيفر، ج. أ. (2004). "تأثير اللزوجة على GaInSn المدروس بواسطة مطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية". تحليل السطح والواجهة . 36 (8): 981. doi : 10.1002/sia.1817 . S2CID 97592885 . 
  • ديكي، مايكل د.؛ تشيتشي، رايان س.؛ لارسن، رايان ج.؛ فايس، إميلي أ.؛ ويتز، ديفيد أ.؛ وايتسايدز، جورج م. (2008). "الغاليوم-الإنديوم اليوتكتيكي (EGaIn): سبيكة معدنية سائلة لتشكيل هياكل مستقرة في القنوات الدقيقة عند درجة حرارة الغرفة". مواد وظيفية متقدمة . 18 (7): 1097. doi : 10.1002/adfm.200701216 . S2CID 538906 .