أكسيد الگاليوم الثلاثي

أكسيد الگاليوم الثلاثي
Gallium(III) trioxide
Gallium(III) oxide crystal.jpg
بلورة β-Ga2O3.
Kristallstruktur Galliumoxid.png
البنية البلورية لأكسيد الگاليوم الثلاثي.
الأسماء
أسماء أخرى
gallium trioxide, gallium sesquioxide
Identifiers
رقم CAS
3D model (JSmol)
ChemSpider
رقم EC
  • 234-691-7
رقم RTECS
  • LW9650000
UNII
InChI InChI={{{value}}}
SMILES
الخصائص
الصيغة الجزيئية Ga2O3
كتلة مولية 187.444 گ/مول[1]
المظهر مسحوق بلوري أبيض
الكثافة 6.44 گ/سم3، ألفا
5.88 گ/سم3، بيتا
نقطة الانصهار
قابلية الذوبان في الماء لا يتحلل في الأحماض
قابلية الذوبان قابل للذوبان في معظم الأحماض
الفجوة الحزمية 4.7-4.9 eV (β-Ga2O3)
البنية
البنية البلورية α: Trigonal, hR30, space group = R3c, No. 167[2]

β: Monoclinic, mS20, space group = C2/m, No. 12[3]

ثابت العقد a = 0.49835 / 1.22247 ن.م., b = 0.49835 / 0.30403 ن.م., c = 0.53286 / 0.58088 ن.م.
الكيمياء الحرارية
الإنتالپية المعيارية
للتشكل ΔfHo298 		−1089.1 kJ/mol[4]
Standard molar
entropy So298 		85.0 J/mol·K[4]
سعة الحرارة النوعية، C 92.1 J/mol·K[4]
ما لم يُذكر غير ذلك، البيانات المعطاة للمواد في حالاتهم العيارية (عند 25 °س [77 °ف]، 100 kPa).
YesY verify (what is YesYX mark.svgN ?)
مراجع الجدول

أكسيد الگاليوم الثلاثي (إنگليزية: Gallium(III) trioxide، هو مركب غير عضوي صيغته الكيميائية Ga2O3. يتواجد بالعديد من الأشكال المختلفة، وجميعها مواد صلبة بيضاء غير قابلة للذوبان في الماء. Ga2O3 هو وسيط في تنقية الگاليوم، والذي يستهلك بشكل حصري تقريباً مثل زرنيخيد الگاليوم.[5] التوصيل الحراري of β-Ga2O3 أقل رتبة واحدة على الأقل من حيث الحجم من أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريضة الأخرى، مثل نتريد الگاليوم وكربيد السليكون.[6] يتم اختزاله بشكل أكبر للبنى النانوية ذات الصلة والتي تستخدم عادة في الأجهزة الإلكترونية.[6] التكامل غير المتجانس مع ركائز الموصلية الحرارية العالية مثل الماس وكربيد السليكون يساعد على تبديد حرارة إلكترونات أكسيد الگاليوم الثلاثي.[7][8]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التحضير

يترسب أكسيد الگاليوم الثلاثي في صورة رطبة عند تعادل محلول حمضي أو قاعدي من ملح الگاليوم. كما يتكون عند تسخين الگاليوم في الهواء أو بواسطة نترات الگاليوم المتحللة حرارياً عند 200-250 درجة مئوية. يمكن أن يحدث في خمسة تعديلات مختلفة، α, β، γ، δ، وε. ومن هذه التعديلات فإن β-Ga2O3 هو الأكثر استقراراً.[9]

  • β-Ga2O3 يتم تحضيره عن طريق تسخين النترات أو الأسيتات أو الأوكسالات أو المشتقات العضوية الأخرى على درجة حرارة أكبر من 1000 °س. بتنضيد الأغشية الرقيقة من β-Ga2O3 يمكن أن يترسب على طبقة من الياقوت الأزرق في درجات حرارة تتراوح بين 190 و550 °س.[10]
  • α-Ga2O3 يمكن تحضيره بتسخينβ-Ga2O3 عند درجة حرارة 65 kbars و1100 °س. يتمتع ببنية Corundum. يمكن تحضير الشكل المائي عن طريق تحلل هيدروكسيد الگاليوم المترسب و"المعتق" عند 500 °س.
  • γ-Ga2O3 يُحضر بالتسخين السريع لهلام الهيدروكسيد عند 400–500 °س. يمكن تحضير شكل أكثر بلورية مباشرة من فلز الگاليوم عن طريق التوليف الحراري المذيب.[11]
  • δ-Ga2O3 يحضر بتسخين Ga(NO3)3 عند 250 °س.
  • ε-Ga2O3 يحضر بتسخين δ-Ga2O3 عند 550 °س.[9] لشريط رقيق من ε-Ga2O3 عن طريق طور التبخر المعدني العضوي باستخدام ثلاثي ميثيل الگاليوم والماء على ركائز الياقوت الأزرق في درجات حرارة بين 550 و650 °س [12]


التفاعلات

أكسيد الگاليوم الثلاثي هو مركب متذبذبة.[13] يتفاعل مع أكاسيد الفلزات القلوية عند درجات الحرارة العالية ليشكل، على سبيل المثال NaGaO2 ومع أكاسيد Mg, Zn, Co, Ni, Cu ليشكل إسپنلاتعلى سبيل المثال MgGa2O4.[14] يذوب في القلويات القوية لتشكيل محلول أيون الگاليت، Ga(OH)−4.

مع الهيدروكلوريد، يشكل ثلاثي كلوريد الگاليوم GaCl3.[15]

Ga2O3 + 6 HCl → 2 GaCl3 + 3 H2O

يمكن اختزاله إلى تحت أكسيد الگاليوم (أول أكسيد الگاليوم) Ga2O بواسطة H2.[16] أو بالتفاعل مع فلز الگاليوم:[17]

Ga2O3 + 2 H2 → Ga2O + 2 H2O
Ga2O3 + 4 Ga → 3 Ga2O

البُنية

β-Ga2O3، بنقطة انصهار عند 1900 ˚س، هو أكثر التعديلات البلورية استقراراً. تكون أيونات الأكسيد في ترتيب تعبئة أقرب للمكعب المحرف، وتشغل أيونات الگاليوم (III) مواقع رباعي الأسطح وثماني الأسطح المحرف، بمسافات رابطة Ga-O تبلغ 1.83 و2.00 Å على التوالي.[18]

α-Ga2O3 له نفس بنية (corundum) α-Al2O3، حيث أيونات الگايوم تكون في 6 أحداثيات. γ-Ga2O3 له بنية إسپينلية ضعيفة شبيهة لبنية γ-Al2O3.[19]

أغشية ε-Ga2O3 المترسبة بواسطة طور التبخر المعدني العضوي تظهر بنية عمودية بنظام بلوري معيني قائم. تحت المجهر، تبدو هذه البُنية بواسطة الأشعة السينية مثل بنظام بلوري شبه سدادي.[20]

التطبيقات المحتملة

جرى دراسة أكسيد الگاليوم الثلاثي في استخدامات الليزر والمواد الفسفورية والمواد الانارة.[9] كما تم استخدامه كحاجز عازل في التقاطعات الضيقة.[21] Monoclinic يستخدم β-Ga2O3 في مجسات الغاز المواد الفسفورية المضيئة ويمكن تطبيقه في في الطلاءات العازلة للخلايا الشمسية. كما يظهر هذا الأكسيد المستقر امكانية محتملة لاستخدامه للأكاسيد الموصلة الشفافة العميقة فوق البنفسجية،[22] وتطبيقات الترانزستور.[23][24]

أغشية ε-Ga2O3 الرقيقة المترسبة على الياقوت الأزرق تظهر تطبيقات محتملة لاستخدامه ككاشف ضوئي للأشعة الفوق بنفسجية في تكنولوجيا التعتيم الشمسي.[25]

هناك اهتمام تجاري بأغشية Ga2O3 الرقيقة كمواد حساسة للغاز وGa2O3. القياس الإهليجي هو إجراء يمكن استخدامه لتحديد الوظائف البصرية لـ β-Ga2O3.[10][22]

يستخدم β-Ga2O3 في إنتاج محفز Ga2O3-Al2O3.[26]

المصادر

  1. ^ Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. 4.64. ISBN 1439855110.
  2. ^ Eckert, L. J.; Bradt, R. C. (1973). "Thermal Expansion of Alpha Ga2O3". Journal of the American Ceramic Society. 56 (4): 229. doi:10.1111/j.1151-2916.1973.tb12471.x.
  3. ^ Dohy, D.; Gavarri, J.R. (1983). "Oxyde β-Ga2O3: Champ de force, dilatation thermique, et rigidité anisotropes". Journal of Solid State Chemistry. 49 (1): 107–117. Bibcode:1983JSSCh..49..107D. doi:10.1016/0022-4596(83)90222-0.
  4. ^ أ ب ت Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. 5.12. ISBN 1439855110.
  5. ^ Greber, J. F. (2012) "Gallium and Gallium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, doi:10.1002/14356007.a12_163.
  6. ^ أ ب Cheng, Zhe; Tanen, Nicholas; Chang, Celesta; Shi, Jingjing; McCandless, Jonathan; Muller, David; Jena, Debdeep; Xing, Huili Grace; Graham, Samuel (2019-08-26). "Significantly reduced thermal conductivity in β-(Al0.1Ga0.9)2O3/Ga2O3 superlattices". Applied Physics Letters. 115 (9): 092105. arXiv:1905.00139. doi:10.1063/1.5108757. ISSN 0003-6951. S2CID 141403651.
  7. ^ Cheng, Zhe; Yates, Luke; Shi, Jingjing; Tadjer, Marko J.; Hobart, Karl D.; Graham, Samuel (2019-03-01). "Thermal conductance across β-Ga2O3-diamond van der Waals heterogeneous interfaces". APL Materials. 7 (3): 031118. doi:10.1063/1.5089559.
  8. ^ Cheng, Zhe; Mu, Fengwen; You, Tiangui; Xu, Wenhui; Shi, Jingjing; Liao, Michael E.; Wang, Yekan; Huynh, Kenny; Suga, Tadatomo; Goorsky, Mark S.; Ou, Xin (2020-10-07). "Thermal Transport across Ion-Cut Monocrystalline β-Ga2O3 Thin Films and Bonded β-Ga2O3–SiC Interfaces". ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (40): 44943–44951. doi:10.1021/acsami.0c11672. ISSN 1944-8244. PMID 32909730. S2CID 221621855.
  9. ^ أ ب ت Bailar, J; Emeléus, H; Nyholm, R; Trotman-Dickenson, A. F. (1973). Comprehensive Inorganic Chemistry. Vol. 1, p. 1091
  10. ^ أ ب Rafie Borujeny, E.; Sendetskyi, O.; Fleischauer, M. D.; Cadien, K. C. (2020). "Low Thermal Budget Heteroepitaxial Gallium Oxide Thin Films Enabled by Atomic Layer Deposition". ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (39): 44225–44237. doi:10.1021/acsami.0c08477. PMID 32865966. S2CID 221403770.
  11. ^ Playford, Helen Y.; Hannon, Alex C.; Barney, Emma R.; Walton, Richard I. (2013). "Structures of Uncharacterised Polymorphs of Gallium triOxide from Total Neutron Diffraction". Chemistry – A European Journal. 19 (8): 2803–13. doi:10.1002/chem.201203359. PMID 23307528.
  12. ^ Boschi, F.; Bosi, M.; Berzina, T.; Buffagni, E.; Ferrari, C.; Fornari, R. (2015). "Hetero-epitaxy of ε-Ga2O3 layers by MOCVD and ALD". Journal of Crystal Growth. 44: 25–30. doi:10.1016/j.jcrysgro.2016.03.013.
  13. ^ Ebbing, Darrell D.; Gammon, Steven D. (2010) General Chemistry, 9th ed., Thomson Brooks/Cole. ISBN 0538497521
  14. ^ Downs, Anthony John (ed.) (1993) The Chemistry of Aluminium, Gallium, Indium and Thallium. Springer . ISBN 075140103X
  15. ^ Zuckerman, J J and Hagen, A P eds. (2009) Inorganic Reactions and Methods, the Formation of Bonds to Halogens (Part 2), Wiley-VCH Verlag GmbH, ISBN 9780470145395
  16. ^ Koch, H. F.; Girard, L. A.; Roundhill, D. M. (1999). "Determination of Gallium in a Cerium Surrogate and in Drops from a Copper Collector by ICP as Model Studies for the Removal of Gallium from Plutonium". Atomic Spectroscopy. 20 (1): 30.
  17. ^ Greenwood, N.N.; Emeleus, H. J. and Sharpe, A. G. (1963) "The chemistry of Gallium" in Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry, Vol. 5, Elsevier, Academic Press
  18. ^ King, R. B. (1994) Encyclopedia of Inorganic Chemistry. Vol. 3. p. 1256. ISBN 978-0-470-86078-6.
  19. ^ Greenwood, N. N. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edition ed.). Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4. {{cite book}}: |edition= has extra text (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  20. ^ Cora, I (2017). "The real structure of ε-Ga2O3 and its relation to κ-phase". CrystEngComm. 19 (11): 1509–1516. doi:10.1039/C7CE00123A.
  21. ^ Dai, Z. R.; Pan, Z. W.; Wang, Z. L. (2002). "Gallium Oxide Nanoribbons and Nanosheets". The Journal of Physical Chemistry B. 106 (5): 902. CiteSeerX 10.1.1.655.6068. doi:10.1021/jp013228x.
  22. ^ أ ب Rebien, M; Henrion, W; Hong, M; Mannaerts, J; Fleischer, M (2002). "Optical properties of gallium oxide thin films". Applied Physics Letters. 81 (2): 250. Bibcode:2002ApPhL..81..250R. doi:10.1063/1.1491613.
  23. ^ Thomas, Stuart R.; Adamopoulos, George; Lin, Yen-Hung; Faber, Hendrik; Sygellou, Labrini; Stratakis, Emmanuel; Pliatsikas, Nikos; Patsalas, Panos A.; Anthopoulos, Thomas D. (2014). "High electron mobility thin-film transistors based on Ga2O3 grown by atmospheric ultrasonic spray pyrolysis at low temperatures". Applied Physics Letters. 105 (9): 092105. Bibcode:2014ApPhL.105i2105T. doi:10.1063/1.4894643.
  24. ^ Higashiwaki, M.; Jessen, G. H. (2018). "The dawn of gallium oxide microelectronics". Applied Physics Letters. 112 (6): 060401. doi:10.1063/1.5017845.
  25. ^ Pavesi, M. (2018). "ε-Ga2O3 epilayers as a material for solar-blind UV photodetectors". Materials Chemistry and Physics. 205: 502–507. doi:10.1016/j.matchemphys.2017.11.023.
  26. ^ Shimizu, Ken-Ichi; Takamatsu, Mikio; Nishi, Koji; Yoshida, Hisao; Satsuma, Atsushi; Tanaka, Tsunehiro; Yoshida, Satohiro; Hattori, Tadashi (1999). "Alumina-Supported Gallium trixide Catalysts for NO Selective Reduction: Influence of the Local Structure of Surface Gallium trioxide Species on the Catalytic Activity". The Journal of Physical Chemistry B. 103 (9): 1542. doi:10.1021/jp983790w.
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=أكسيد_الگاليوم_الثلاثي&oldid=2512946"