Qu’est-ce que l’oxyde de gallium ?
L’oxyde de gallium est un composé inorganique en poudre blanche.
Sa formule chimique est Ga2O3, son poids moléculaire est de 187,44 et son numéro d’enregistrement CAS est le 12024-21-4. Il est considéré comme un matériau chimiquement stable dans les conditions de stockage recommandées.
Ces dernières indiquent que le “verre” est un contenant et un matériau d’emballage sûrs. Le produit doit être stocké dans un contenant scellé, dans un endroit frais et bien ventilé, autant que possible à l’abri de la lumière directe du soleil.
Utilisations de l’oxyde de gallium
L’oxyde de gallium est utilisé comme matière première pour les phosphores verts ainsi que pour les substrats utilisés dans les LED (diodes électroluminescentes), qui remplacent les lampes fluorescentes et les ampoules. Notamment celles utilisées dans les appareils d’éclairage conventionnels.
De plus, les dispositifs semi-conducteurs de puissance (par exemple, les dispositifs de commutation pour la conversion d’énergie) utilisant l’oxyde de gallium devraient être plus petits et présenter des pertes moindres. Effectivement, leur résistance est plus faible lors de la conduction que les puces semi-conductrices fabriquées à partir de carbure de silicium qui étaient dans le passé.
Propriétés de l’oxyde de gallium
L’oxyde de gallium est soluble dans de nombreux acides, tels que l’acide chlorhydrique, mais est pratiquement insoluble dans l’eau.
L’oxyde de gallium (III) se présente sous cinq formes différentes : α, β, γ, δ et ε. L’oxyde de Gallium (III) a un point de fusion de 1740 °C. Il s’agit également de sa forme la plus stable.
Structure de l’oxyde de gallium
La forme la plus stable de l’oxyde de gallium, l’oxyde de gallium (III), présente un arrangement structurel cubique distordu et une structure tétraédrique ou octaédrique distordue. Les distances entre les liaisons Ga-O sont respectivement de 1,83 Å et 2,00 Å. La stabilité de l’oxyde de Gallium (III) est attribuée à ces distorsions structurelles.
Autres informations sur l’oxyde de gallium
1. Synthèse de l’oxyde de gallium
L’oxyde de gallium (III) est obtenu sous forme de précipité en neutralisant des solutions acides ou basiques de sel de gallium. Il est également produit en chauffant du gallium métal dans l’air ou en pyrolysant du nitrate de gallium (III) à 200-250 °C.
Le β-Ga2O3 peut être obtenu en chauffant l’acétate de gallium (III), le nitrate de gallium (III), l’oxalate de gallium (III) et d’autres dérivés organiques du gallium (III) à 1 000 °C.
2. Autres structures cristallines de l’oxyde de gallium
L’α-Ga2O3 est obtenu en chauffant le β-Ga2O3 à 65 kbar et 1 100 °C pendant 1 h. Les hydrates d’α-Ga2O3 sont formés en décomposant l’hydroxyde de gallium à 500 °C.
L’γ-Ga2O3 peut être obtenu en chauffant rapidement un gel d’hydroxyde de gallium à 400-500 °C. Le δ-Ga2O3 est quant à lui obtenu en chauffant du nitrate de gallium (III) à 250 °C.
Le ε-Ga2O3 est produit en chauffant le δ-Ga2O3 à 550 °C pendant 30 minutes.
3. Catalyse de l’oxyde de gallium
L’oxyde de gallium (III) est également très important pour la production de catalyseurs. Par exemple, il est nécessaire pour la synthèse des catalyseurs Ga2O3-Al2O3.
Les catalyseurs Ga2O3-Al2O3 sont synthétisés en faisant réagir une solution aqueuse de nitrate de gallium (III) avec de l’oxyde d’aluminium. Autrement dit, en évaporant jusqu’à siccité à 393 K et en pyrolysant ensuite le composé à 823 K pendant 4h dans l’air.
4. Nanostructure de l’oxyde de gallium
Des nanorubans et des nanofeuillets d’oxyde de gallium (III) peuvent être synthétisés en faisant réagir Ga0 avec de l’eau à des températures élevées ou en évaporant du nitrure de gallium dans une atmosphère d’oxygène chaud. Leur structure est purement monocristalline et ne présente aucune déviation structurelle.
Plus précisément, les réactifs obtenus par évaporation thermique ont été analysés par microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique à transmission (MET), diffractométrie à rayons X (DRX) et analyse des rayons X à dispersion d’énergie (EDS). Les résultats de l’analyse montrent également que les réactifs ont une structure grise semblable à celle du coton.
Le MEB a montré que les réactifs avaient une structure en forme de fil ou de feuille, tandis que les photographies TEM ont révélé que l’oxyde de gallium (III) avait une structure en forme de ruban.