“鎵”國情懷，雖散實(shí)豐
馮琪威1,2，孟郁苗1*
1. 中國科學(xué)院 地球化學(xué)研究所，礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550081；
2. 成都理工大學(xué) 地球與行星科學(xué)學(xué)院，成都 610051
引用此文: 馮琪威, 孟郁苗. 2025. “鎵”國情懷，雖散實(shí)豐.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào), 44(2): 427–435.
鎵（Ga）作為“半導(dǎo)體工業(yè)的新糧食”和“電子工業(yè)的脊梁”，被廣泛應(yīng)用于集成電路、光伏發(fā)電、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域，前景寬廣。作為最大的鎵生產(chǎn)國和出口國，中國在2016年將鎵列為戰(zhàn)略儲(chǔ)備金屬并計(jì)劃在必要時(shí)刻進(jìn)行戰(zhàn)略儲(chǔ)備。2023年7月3日，中國商務(wù)部、海關(guān)總署發(fā)布《關(guān)于對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制的公告》用于對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制，是自2018年貿(mào)易戰(zhàn)以來，首次利用出口管制的辦法對(duì)西方國家進(jìn)行反制。鎵在經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略領(lǐng)域具有舉足輕重的作用，需要加強(qiáng)對(duì)鎵的物理化學(xué)性質(zhì)研究，促進(jìn)鎵在礦產(chǎn)、環(huán)境和材料等多領(lǐng)域的開發(fā)利用。
1 鎵的發(fā)現(xiàn)和性質(zhì)
1.1 鎵的發(fā)現(xiàn)過程
早在1871年，俄國化學(xué)家門捷列夫根據(jù)自己建立的元素周期表，預(yù)言在鋅之后應(yīng)該存在一種與其上方鋁元素化學(xué)性質(zhì)類似，原子核外電子排布近似的“類鋁”元素（圖1）。這種類鋁元素的相對(duì)原子質(zhì)量約為68，密度為 5.9g/cm3。
圖1 門捷列夫原始手稿（左）與印刷版本（右）。圖中標(biāo)題為“基于原子量和化學(xué)相似性的元素系統(tǒng)洞察”，其中紅框預(yù)測(cè)元素為鎵（Ga） 圖來源于Wikimedia Commons
1875年法國化學(xué)家Boisbaudan通過對(duì)閃鋅礦中原子光譜特性的研究，發(fā)現(xiàn)其中存在一種現(xiàn)有元素所不對(duì)應(yīng)的射線特征，為了紀(jì)念他的祖國，將具有該未知光譜特征的元素命名為gallium（Gallia高盧，拉丁語中對(duì)法國的稱呼）。最終通過分離閃鋅礦中的物質(zhì)證明了鎵的存在，并于當(dāng)年從KOH溶液中電解得到了鎵的游離金屬（Gray et al.，2013）。同時(shí)，鎵是首個(gè)通過元素周期律預(yù)言存在，后被發(fā)現(xiàn)證實(shí)的元素，充分證實(shí)了元素周期律的科學(xué)性。
1.2 鎵的物理化學(xué)性質(zhì)
鎵在元素周期表中位于第四周期第Ⅲ主族，原子序數(shù)31，相對(duì)原子質(zhì)量69.723，屬硼族元素，元素符號(hào)為Ga，核外電子構(gòu)型為1s22s22p63s23p63d104s24p1，原子半徑1.81?（圖2）。鎵存在14種同位素，在自然界中僅有69Ga與71Ga可以穩(wěn)定存在。鎵有三種氧化態(tài)，分別為+1，+2和+3價(jià)，其中+3價(jià)最為穩(wěn)定。在化學(xué)性質(zhì)上與相鄰的鋁、鋅元素類似，與酸堿皆能發(fā)生反應(yīng)，表現(xiàn)為兩性金屬（Gray et al.，2013；Yuan et al.，2016）。
圖2 鎵的物理化學(xué)性質(zhì)（Yuan et al.，2021）
鎵是液態(tài)溫度范圍最廣的金屬，單質(zhì)鎵熔點(diǎn)僅為29.78℃，沸點(diǎn)卻高達(dá)2204.8℃。極低的熔點(diǎn)使鎵能以液態(tài)形式擴(kuò)散到其他金屬的晶格中，呈現(xiàn)出腐蝕的效果（Goldfarb，2014）。在室溫下，鎵有效的零蒸汽壓與其低毒和抗菌的特性，使其能被安全處理，成為一種環(huán)保材料。鎵在固相狀態(tài)下有延展性，在干燥空氣中相當(dāng)穩(wěn)定，表面會(huì)形成氧化物，呈現(xiàn)出鈍化現(xiàn)象；在潮濕空氣中與水略有反應(yīng)，表面會(huì)失去光澤。液態(tài)鎵為銀白色，密度 6.0947g/cm3 ；固態(tài)鎵由于表面被氧化，呈現(xiàn)藍(lán)白色，密度 5.937g/cm3， 質(zhì)地較軟（圖3）。因而鎵由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，體積會(huì)膨脹3.1%，不能用金屬或是玻璃容器保存，通常存放于塑料容器中。
圖3 金屬鎵照片。圖來源Techno-Science.net
1.3 鎵的獨(dú)立礦物
鎵在自然界中多以類質(zhì)同象或吸附形式存在，獨(dú)立礦物極少，截止目前，僅發(fā)現(xiàn)10種鎵獨(dú)立礦物，多發(fā)現(xiàn)于非洲，且大多發(fā)現(xiàn)于納米比亞的Tsumeb礦床（表1）。
表1 鎵的獨(dú)立礦物及主要富鎵礦物
注：“—”表示無資料。
1.4 鎵同位素
鎵在自然界中有兩種穩(wěn)定同位素，69Ga和71Ga，豐度分別為60.1%和39.9%；另有12種同位素在自然界不能穩(wěn)定存在，相對(duì)原子質(zhì)量從63到76。目前對(duì)于鎵的穩(wěn)定同位素測(cè)試，主要利用雙柱樹脂法從生物或者地質(zhì)樣品中分離提純鎵，再利用多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀MC-ICP-MS對(duì)71Ga和69Ga同位素及其比值進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果通常用δ71Ga表示（Yuan et al.，2016；Kato et al.，2017）。目前，鎵同位素沒有統(tǒng)一的同位素標(biāo)準(zhǔn)，主要使用的有NBS 984、NIST SRM 994和Ga IPGP。
δ71Ga/‰=[（71Ga/69Ga）sample/（71Ga/69Ga）standard?1]×1000
對(duì)月球、隕石和整體硅酸鹽地球Bulk Silicate Earth（BSE）的鎵同位素組成分析發(fā)現(xiàn)，相比月球和隕石，BSE在巖漿演化過程中沒有發(fā)現(xiàn)較明顯的鎵同位素質(zhì)量分餾，BSE的鎵同位素組成約為1.38±0.06（NIST SRM 3119a）（Kato et al.，2017）（圖4）。
圖4 鎵同位素組成。數(shù)據(jù)來源于Kato和Majnier （2017a，2017b），Kato等 （2017），Render 等(2023)，Wimpenny等（2022）
鎵同位素組成目前主要應(yīng)用于鎵的來源指示，探索殼幔分異過程和古氣候、地球表層風(fēng)化演化等。鎵的放射性同位素，主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域：如67Ga由于衰變過程釋放的γ射線，被用于淋巴瘤的分期診斷；66Ga與68Ga可作為葉酸受體靶向劑的組成部分，其衰變過程中會(huì)釋放正電子，結(jié)合正電子發(fā)射斷層掃描成像（PET），可實(shí)現(xiàn)癌癥檢測(cè)和癌癥細(xì)胞轉(zhuǎn)移的PET成像描繪（Hennrich and Bene?ová，2020；Nelson et al.，2022）。
2 鎵的資源分布
2.1 元素分布
鎵雖然是一種稀散金屬，但其豐度并不低。在地殼中，鎵的豐度為15μg/g， 在所有元素中排第十六位，這比鉛、銀、銻、鉬、鉍等元素更為豐富。鎵元素在地殼中幾乎沒有富集的趨勢(shì)；在地幔中，鎵的豐度也僅為4μg/g。
在各類隕石中，鎵的含量與其親石性相關(guān)。球粒隕石鎵平均含量約為5~10μg/g（Kato et al.，2017）。碳質(zhì)球粒隕石的鎵含量（CI：10μg/g， CV：6μg/g）明顯高于鐵隕石（1.7~2.5μg/g）。
鎵的含量變化主要受其物理化學(xué)性質(zhì)的控制。在火成巖中，鎵含量在中酸性巖中相對(duì)較高。在沉積巖中，鎵含量較巖漿巖低，硅質(zhì)巖鎵含量（9μg/g）僅達(dá)巖漿巖中鎵含量的一半，碳酸鹽巖中鎵含量僅為0.06μg/g，黏土中鎵含量相對(duì)較高，可達(dá)22.4μg/g。
在食物鏈中，鎵的含量并不算高。日本科學(xué)家在1976年就發(fā)現(xiàn)海藻中鎵含量為0.02~0.64μg/g，平均為0.14μg/g，而水生生物鎵含量多低于1μg/g，且在內(nèi)臟及消化器官中的鎵元素含量明顯高于其他器官。
2.2 儲(chǔ)量
全球鎵遠(yuǎn)景儲(chǔ)量超過100萬噸。美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)目前全球探明鎵金屬儲(chǔ)量只有約27.93萬噸，其中中國鎵金屬儲(chǔ)量有19萬噸，居世界首位，美國儲(chǔ)量0.45萬噸、南美洲1.14萬噸、非洲5.39萬噸和歐洲1.95萬噸（周令治等，2008） （圖5）。 鎵是分散元素，通常并不能形成獨(dú)立的礦床，主要以伴生形式存在于鋁土礦、鉛鋅礦和煤礦中（圖6）。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球50%以上的鎵來自鋁土礦，另有不超過40%的鎵來自于鉛鋅礦，其余類型中不足10%。
圖5 全球鎵金屬儲(chǔ)量分布情況
圖6 世界典型富鎵礦床（礦區(qū)）分布圖。1—Zinkgruvan；2—Lautenthal；3—Freiberg；4—Saint-Salvy；5—PAZ；6—Bragan?a；7—Aveiro；8—Badovc；9—Pcheloyad；10—St Philippos；11—Djebel Gustar；12—Mutamba；13—Kipushi；14—Tsumeb；15—Korudere；16—Angouran；17—Taebaeksan；18—Soripesa；19—Balcoom and Dry River Sout；20—Mt Carlton；21—Red dog；22—Black Angel；23—Timberville；24—Central Kentucky；25—Kentucky-Illinois；26—Tennessee；27—Round Top；28—Cerro de Maimon；29—María Teresa；30—Hualgayoc；31—Sayapullo；32—Shalipayco；33—Morococha；34—Poopó；35—Huanuni；36—Capillitas；37—Ariege；38—Southeast France；39—Imotski；40—Srnetica Mountain；41—Li?tica；42—Nissi；43—Khiona；44—Tikhvin；45—Puzla；46—Timsher；47—Ural；48—Boé；49—Kimbo；50—Bamiléké Plateau；51—Ma?atda?i；52—?atmakaya；53—Do?ankuzu；54—Jammu；55—Jamnagar；56—Shahdol；57—Palamau；58—Lohardaga；59—Amarkantak；60—Ringewadi；61—Belgaum；62—Bolaven Plateau；63—Sematan；64—Arunkun；65—Weipa；66—Darling Range；67—Northland；68—Pulaski；69—Saint Elizabeth；70—Saint Ann；71—Manchester；72—Pijiguaos；73—Linden；74—Pitinga；75—Porto Trombetas；76—Tucuruí；77—Paragominas；78—Cataguases；79—Swallow Wood；80—South Midlands；81—Schirnding；82—Be?chatów；83—Turów；84—Egypt；85—Tanzania；86—Hwange；87—South Africa；88—South of Kuznetsk；89—Pavlovsk；90—Echvayam；91—Jammu；92—Morpa；93—Springfield and Danville；94—Fire Clay；95—Santa Catarina。中國主要富鎵礦床見圖7
中國是全球鎵資源最豐富的國家，2023年自然資源部統(tǒng)計(jì)的儲(chǔ)量為28865.64噸；在國內(nèi)主要分布在廣西（11974.80噸）、江西（6808.71噸）、貴州（5074.07噸）、山西（3050.07噸）、新疆（1045.55噸）。從富集類型上看，富鎵鋁土礦礦床主要分布于廣西、河南、貴州和山西等?。ㄗ灾螀^(qū)），四?。ㄗ灾螀^(qū)）已發(fā)現(xiàn)的鋁土礦占全國鋁土礦資源的91.46%；富鎵煤礦礦床主要位于山西、內(nèi)蒙古、新疆、陜西、貴州等?。ㄗ灾螀^(qū)），六?。ㄗ灾螀^(qū)）已發(fā)現(xiàn)的煤礦占全國煤礦資源的80.4%，其余地區(qū)僅見煤系鎵異常點(diǎn)零星分布；伴生鎵的鋅礦礦床主要分布于貴州、云南、四川、湖南、廣東和江西等省份（圖7）。中國鎵儲(chǔ)量豐富，富集類型多樣，加以高效綜合利用可加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
圖7 中國典型富鎵礦床分布圖。1—復(fù)興屯；2—孟恩陶勒蓋；3—小紅石砬子；4—金豆子山；5—索家溝；6—赤土店；7—楠木樹；8—棲霞山；9—荷花山；10—大石門；11—銀山；12—桃林；13—唐家寨；14—長登坡；15—凡口；16—大寶山；17—茶洞；18—老廠坪；19—黔興；20—五指山；21—富樂；22—豬拱塘；23—毛坪；24—樂紅；25—茂租；26—大梁子；27—扎西康；28—劉家莊；29—白家莊；30—沙墕-桃花；31—光道嶺；32—平陸；33—洛陽；34—三門峽；35—汝州-寶豐-魯山；36—韓城-銅川；37—新民；38—務(wù)正道；39—紅光壩；40—杉樹坳；41—苦李井-魚洞；42—大田；43—小山壩；44—修文；45—平果；46—新圩；47—紅舍克；48—天生橋；49—大鐵-飛尺角；50—鶴慶；51—蓬萊；52—準(zhǔn)東；53—吐哈；54—大南湖；55—賽什騰團(tuán)魚山；56—烏蘭航亞；57—木里；58—伊敏；59—大青山阿刀亥；60—準(zhǔn)格爾黑岱溝；61—準(zhǔn)格爾哈爾烏素；62—府谷；63—韓古莊-演池；64—大同；65—寧武平朔；66—寧武朔南；67—河?xùn)|；68—西山；69—沁水陽泉；70—西武堡；71—沁水；72—薊玉大高莊；73—大城；74—邢臺(tái)葛泉；75—滎鞏；76—嵩山同興；77—滕縣；78—蘆嶺；79—磨心坡；80—中梁山；81—金沙；82—大河邊；83—月亮田；84—樹根田；85—賢按；86—扶綏
2.3 主要伴生鎵礦床類型
鎵是分散元素，通常并不能形成獨(dú)立的礦床，主要以伴生形式存在。鋁土礦床與鉛鋅多金屬硫化物礦床為最重要的富鎵礦床；煤礦床、釩鈦磁鐵礦床和黃鐵礦型銅礦床也是鎵的重要來源；另外，少量偉晶巖礦床、沉積鐵礦床和明礬石礦床也不同程度富集鎵（Wen et al.，2020）。在中國，具有工業(yè)意義的鎵伴生礦床主要有鋁土礦床、鉛鋅礦床和煤礦床。
鋁土礦
鋁土礦是一種風(fēng)化殘余礦床，在氣候濕潤、溫暖的熱帶和亞熱帶地區(qū)由原巖風(fēng)化形成，是鎵的主要來源之一，其鎵含量在20~80μg/g， 平均約為59μg/g（Qi et al.，2023），目前90%以上的原生鎵都是在氧化鋁的生產(chǎn)過程中被提取。鋁和鎵相似的地球化學(xué)性質(zhì)使鎵更易富集在鋁硅酸鹽礦物中，而且鋁和鎵的遷移能力都偏弱，在風(fēng)化過程中，隨著堿性和堿土元素的快速流失，鎵和鋁元素逐步富集在鋁土礦中（Dittrich et al.，2011；Yuan et al.，2021）。對(duì)于鎵在鋁土礦中的賦存狀態(tài)，相關(guān)的研究較多，但仍存在諸多爭議。鎵離子與鋁離子的結(jié)構(gòu)類似，因此在鋁土礦中鎵元素主要呈類質(zhì)同象替代粘土礦物和鋁礦物（三水鋁石、一硬水鋁石、勃姆石）中的鋁，但也不排除有鎵獨(dú)立礦物的存在（Qi et al.，2023）。
鋁土礦的類型主要分為巖溶型（喀斯特型）和紅土型。紅土型鋁土礦中鎵多以吸附形式存在，含量在40~80μg/g之間；巖溶型鋁土礦中鎵多以GaO（OH）的形式存在于一水硬鋁石和勃姆石中，含量在20~80μg/g之間（Qi et al.，2023）。但總的來說，巖溶型和紅土型兩種類型的鋁土礦在平均鎵含量上面沒有明顯的差異（表2）。
表2 世界主要富鎵鋁土礦
根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2024年統(tǒng)計(jì)，全球鋁土礦資源量在550億噸到750億噸之間，含鎵量估計(jì)超過100萬噸，現(xiàn)已進(jìn)行綜合利用。鋁土礦主要分布在非洲（32%）、大洋洲（23%）、南美和加勒比（21%）、亞洲（18%）和其他地區(qū)（6%），位于北緯30°到南緯30°之間，以紅土型為主，如幾內(nèi)亞、澳大利亞、巴西和印度等赤道地區(qū)的國家。幾內(nèi)亞鋁土礦儲(chǔ)量排名全球第一，達(dá)到74億噸；越南、澳大利亞、巴西和牙買加儲(chǔ)量排名第四到第五位，儲(chǔ)量分別為58億噸、35億噸、27億噸和20億噸。中國鋁土礦以巖溶型為主，儲(chǔ)量僅有7.1億噸，與鋁土礦資源大國相對(duì)比，儲(chǔ)量差距大，類型較為單一。為了儲(chǔ)備鎵資源，中國主要依靠進(jìn)口鋁土礦來生產(chǎn)初級(jí)鎵，因此，中國的鎵產(chǎn)量會(huì)受到鋁土礦的供需價(jià)格波動(dòng)影響。
鉛鋅礦床
在閃鋅礦中，鎵含量可達(dá)0.01%~0.02%，因此鉛鋅礦床中含有可觀的鎵資源量。由于技術(shù)限制，現(xiàn)在鉛鋅礦中僅有少量的鎵可回收。ZnS和GaS屬同種晶型，鎵含量可能與溫度有著密切的關(guān)系，低溫閃鋅礦中鎵含量為100~1000μg/g，高溫樣品中鎵含量低于10μg/g。在鉛鋅礦床中，鎵也可以置換黃鐵礦中的鐵元素進(jìn)而富集。另外，從鋅的硫化物礦石的副產(chǎn)品中回收鎵，也是工業(yè)用鎵的主要來源之一。
通過大量鉛鋅礦床中閃鋅礦的研究，發(fā)現(xiàn)在密西西比河谷型（Mississippi Valley-type，MVT）鉛鋅礦中閃鋅礦的鎵含量最高為42μg/g；火山塊狀硫化物（Volcanic-hosted massive sulphide，VHMS）型鉛鋅礦床中閃鋅礦鎵含量為19μg/g；脈型（Vein-type，VEIN）、沉積塊狀硫化物型（Sediment-hosted massive sulphid，SHMS）和高溫?zé)嵋航淮停?/span>High-temperature Hydrothermal replacement，HTHR）三種類型鉛鋅礦中鎵含量相對(duì)較低，為14μg/g、11μg/g和3.1μg/g（表3）。雖然MVT型和VHMS型鉛鋅礦床分別只占據(jù)世界鉛鋅礦床總資源儲(chǔ)量的13%和14%，但由于其較高的鎵含量，因此這兩類礦床中鎵資源量仍然不容小覷（Frenzel et al.，2016；Wen et al.，2020）。
表3 不同類型鉛鋅礦中閃鋅礦的鎵平均含量（據(jù)Frenzel et al.，2016）
全球鋅礦儲(chǔ)量巨大，現(xiàn)已查明19萬噸，但對(duì)于其中的鎵元素的提取利用進(jìn)展緩慢。加拿大、日本、斯洛伐克和美國等早已從鋅廢料中回收利用鎵，現(xiàn)在中國也已著手從煉鋅副產(chǎn)物中回收鎵。
煤礦床
鎵也常于煤礦中富集，總資源量達(dá)1000萬噸，但由于技術(shù)限制，目前并沒有進(jìn)行規(guī)?；_采利用。鎵在煤礦中既可富集于有機(jī)質(zhì)中，又可富集于無機(jī)質(zhì)。在無機(jī)質(zhì)中，鎵主要在勃姆石、高嶺石等礦物中以類質(zhì)同象形式存在；在有機(jī)質(zhì)中，鎵受凝膠化作用控制，主要以鏡質(zhì)組組分形式存在。Qin等人（2015）和Long等人（2023）對(duì)于煤礦中鎵的賦存狀態(tài)和富集的原因進(jìn)行了系統(tǒng)性的總結(jié)（表4），無機(jī)質(zhì)形式賦存的鎵元素含量更高，且多為陸源；有機(jī)質(zhì)中的鎵元素多以化合物形式存在；混合型煤中鎵元素的來源較復(fù)雜。
表4 煤中鎵的主要載體及成因（據(jù)Qin et al.，2015；Long et al.，2023）
注：“—”表示無數(shù)據(jù)。
煤中的鎵元素主要從其燃燒過程產(chǎn)生的粉煤灰中提取，然而由于煤燃燒存在污染且含量較低，同時(shí)提取的成本太大，因而僅有中國對(duì)煤中的鎵元素進(jìn)行工業(yè)化試提取利用（Seredin，2012）。對(duì)于煤中鎵的綜合利用需要隨著對(duì)其在煤中的賦存方式的研究才可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
3 鎵的應(yīng)用與意義
由于表面存在氧化膜，鎵最初并未進(jìn)行系統(tǒng)的應(yīng)用研究。隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，鎵在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸使其成為一種重要的材料，其供需關(guān)系日漸嚴(yán)峻?，F(xiàn)在鎵主要在半導(dǎo)體材料、催化劑、核反應(yīng)堆（熱載體）、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和高溫溫度計(jì)等方面被廣泛應(yīng)用（表5）。
表5 鎵的主要應(yīng)用領(lǐng)域
3.1 半導(dǎo)體領(lǐng)域
鎵本身并不是半導(dǎo)體，但其可與砷、氮、硒、碲、磷、銻等形成鎵基化合物。這些化合物均為優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體材料，可以被用于集成電路、探測(cè)器、光電材料和大型電子器件的制造。鎵在半導(dǎo)體領(lǐng)域的消耗占總量的80%以上，這得益于其高電子遷移率、耐低溫、高輸出功率等優(yōu)點(diǎn)。
半導(dǎo)體的發(fā)展歷史，也伴隨著鎵的到來而更新?lián)Q代。砷化鎵（GaAs）為第二代半導(dǎo)體材料具有高頻、高效、耐極端氣溫的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體發(fā)光二極管、可見光和近紅外波段的激光發(fā)射器以及太陽能電池等領(lǐng)域。氮化鎵（GaN）為第三代半導(dǎo)體材料，其穩(wěn)定性好、硬度高和熔點(diǎn)高，是目前全球優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體材料之一，常應(yīng)用于雷達(dá)和電子作戰(zhàn)。氧化鎵（Ga2O3）為第四代半導(dǎo)體材料，其擁有更寬的禁帶和發(fā)光性，被廣泛應(yīng)用于薄膜外延、高亮度紫外LED等器件的制造，是國際上超寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
3.2 光伏發(fā)電領(lǐng)域
銅銦鎵硒Cu（In，Ga）Se2（CIGS）合金被用于薄膜太陽能電池，效率高且穩(wěn)定，其中約有30% Ga的化合物。主要原理是銅銦鎵硒（CIGS）合金中的In被Ga替代，使其中的禁帶寬度得以調(diào)節(jié)，提高了光電轉(zhuǎn)化效率，室溫條件下最高可達(dá)27.48%（Bouabdelli et al.，2020）。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池在光伏發(fā)電領(lǐng)域明顯優(yōu)于以硅基、非晶硅為主體材料的太陽能電池，而近年來技術(shù)發(fā)展，成本降低，該行業(yè)的鎵需求量也會(huì)隨之提升，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
3.3 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
鎵是繼鉑族元素以外的第二種能有效治療癌癥的元素。在對(duì)惡性腫瘤的診斷治療過程中，以放射性68Ga為核心的68Ga-FAPI-PET在對(duì)各種類型腫瘤患者的原發(fā)及轉(zhuǎn)移病灶的成像過程中，對(duì)腫瘤有非常高的描繪能力，能很好顯示原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移性病變（Hennrich and Bene?ová，2020）。其診斷效果優(yōu)于18F-FDG PET，尤其是對(duì)肝轉(zhuǎn)移、腹膜癌、腦腫瘤的診斷效果更佳，檢出率更優(yōu)。Giesel等（2019）在9天內(nèi)對(duì)6種不同腫瘤進(jìn)行顯像比較，表明相比依賴葡萄糖作用機(jī)理的8F-FDG，選擇性靶向FAP陽性組織的68Ga-FAPI顯像效果更好，檢出率更高（圖8）。
圖8 六種不同腫瘤18F-FDG PET和68Ga FAPI PET顯像比較（Giesel et al.，2019）
鎵鹽，如硝酸鎵和氯化鎵對(duì)疾病治療有良好的應(yīng)用前景。有研究表明，硝酸鎵[Ga（NO3）3]可被用于治療臨床腫瘤相關(guān)的高血鈣癥和大骨節(jié)病等疾病，治療作用優(yōu)異；另外鎵也能使癌細(xì)胞對(duì)鐵的吸收減少，進(jìn)而殺死癌細(xì)胞。
3.4 其他領(lǐng)域
鎵熔點(diǎn)低，無毒不易揮發(fā)，鎵銦、鎵錫液態(tài)金屬可替代水銀制成安全無毒的體溫計(jì)；鎵銦液態(tài)金屬極好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，使其成為神經(jīng)系統(tǒng)治療與研究的材料保障；同時(shí)，低熔點(diǎn)使鎵合金可用于自動(dòng)滅火裝置。另外，鎵對(duì)中子有較強(qiáng)的吸收能力，也讓其作為熱載體應(yīng)用于核反應(yīng)堆中。鎵可以聚集在鋁的邊界，導(dǎo)致鋁活動(dòng)性的顯著退化，這種鎵鋁合金為氫能源的制備過程和儲(chǔ)存運(yùn)輸，提高了安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。
4 鎵的供需格局
對(duì)于鎵的定位，美國、日本、歐盟均早已將其列為關(guān)鍵金屬，并在其進(jìn)出口問題上采取了相應(yīng)的措施。同樣，在2011年
行業(yè)動(dòng)態(tài)