Zum Inhalt springen

Galinstan

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Datei:Galinstan on glass.jpg
Galinstan, verrieben auf Glas

Galinstan (Wortmarke<ref name="wortmarke">Wortmarkeininhaber ist die Geratherm Medical AG</ref>) ist eine silbrige Legierung aus Gallium, Indium und Zinn. Der Name ist ein Kunstwort aus Gallium, Indium und Stannum ({{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=la |SCRIPTING=Latn |SERVICE=lateinisch}} für Zinn). Die Legierung ist bei Raumtemperatur flüssig und schmilzt bei einer Temperatur von ca. −19 °C (Fest-flüssig-Phasenübergang).<ref name=":11">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Galinstan wird in mancher Literatur als die eutektische Legierung aus Gallium, Indium und Zinn genannt, diese hat jedoch andere physikalische Eigenschaften.<ref name=":11" />

Galinstan haftet an vielen Materialien, unter anderem auch an Glas. So können Thermometer mit Galinstan nur hergestellt werden, wenn das Innere der Röhre zuvor mit Gallium(III)-oxid beschichtet wird. Die starke Adhäsion auf vielen, auch glatten, Oberflächen ist auf die Galliumoxidschicht zurückzuführen, die sich sehr schnell an Luft bildet.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Ebenso wie Quecksilber bildet Galinstan leicht Legierungen mit festen Metallen; beispielsweise lässt sich Aluminium in Galinstan auflösen.

Galinstan besitzt eine sehr große Oberflächenspannung von ca. 600 mN/m.<ref name=":0">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name=":1">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name=":2">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> (Im Vergleich: Wasser ca. 72,75 mN/m<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>, Quecksilber ca. 490 mN/m<ref name=":5">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>, alle bei 20 °C).

Zusammensetzung und Schmelzpunkt

Galinstan ist eine Legierung mit den wesentlichen Bestandteilen Gallium (Ga), Indium (In) und Zinn (Sn). In der Literatur wird der Begriff Galinstan manchmal auch für die eutektische Legierung dieser drei Metalle verwendet. Die eutektische Zusammensetzung (Massenprozent) ist in etwa 68,5 % Ga, 21,5 % In und 10 % Sn.<ref name=":0" /><ref name=":4">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Verschiedene Quellen nennen kleinere Abweichungen der Massenprozent-Werte. Die eutektische Legierung besitzt einen Schmelzpunkt von ca. 11 °C, was durch dynamische Differenz-Kalorimetrie (DSC) und rheologische Messmethoden bestätigt wurde.<ref name=":11" /><ref name=":9" /><ref name="GoodFellow">Angabe auf goodfellow.com</ref><ref name="alfa">Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref><ref name="blatter">G. N. van Ingen, J. Kapteijn, J. L. Meijering: On the system Gallium–Indium–Tin. In: Scripta Metallurgica. 1970, Band 4, Nr. 9, S. 733–736, doi:10.1016/0036-9748(70)90215-2.</ref> Für Galinstan ist oft ein Wert von −19 °C für den Schmelzpunkt angegeben.<ref name=":11" /><ref name=":9" /><ref name=":4" /> Es wurde lange geglaubt, dass dieser Phasenübergang wegen Unterkühlung abweicht.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> – Gallium und dessen Legierungen neigen zu Unterkühlung, d. h. der Gefrierpunkt kann weit niedriger sein als der Schmelzpunkt.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Es werden Gefrierpunkte von −10 bis −21 °C in der Literatur genannt.<ref name=":11" /><ref name=":9" /><ref name=":0" /><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Weiterhin wurde in der Fachliteratur auch eine mögliche Änderung der Zusammensetzung und ggf. auch Beimengungen anderer Metalle (z. B. Bismut) als Grund für die unterschiedlichen Schmelzpunkte genannt. Beimengungen von Bismut, Antimon und Blei konnten jedoch ausgeschlossen werden. Vielmehr werden dem technischen Produkt Galinstan zur Verwendung in Flüssigkeitsthermometern geringe Mengen Fließmittel zugesetzt, was den Unterschied der Schmelztemperaturen auslöst.<ref name=":11" /> Daher ist Galinstan im Sinne des Markeninhabers („Im wesentlichen aus unedlen Metallen bestehende Legierungen, insbesondere Galliumlegierungen“<ref name="wortmarke"/>) keine eutektische Legierung.<ref name=":11" /> Das Fließmittel dient hierbei nicht nur dem Absenken des Schmelzpunktes, sondern auch der Verringerung der Oberflächenspannung (von ca. 600 auf ca. 535 mN/m)<ref name=":11" /> und Beeinflussung der Fließeigenschaften.

Physikalische Eigenschaften

Galinstan ist eine silberfarbene, bei Raumtemperaturen flüssige Legierung<ref name="msds" /> aus 68,5 % Ga, 21,5 % In und 10,0 % Sn und weist folgende physikalische Eigenschaften auf:<ref name=":0" /> 

      | {{#ifeq: 20130923003113 | *
    | Vorlage:Webarchiv/Wartung/Stern{{#if: MSDS Galinstan (Herstellerwebseite) | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf}} }} (Archivversionen)
    | {{#iferror: {{#time: j. F Y|20130923003113}}
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/DatumDer Wert des Parameters {{#if: wayback | wayback | Datum }} muss ein gültiger Zeitstempel der Form YYYYMMDDHHMMSS sein!
         | {{#if: MSDS Galinstan (Herstellerwebseite) | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf}} }} {{#ifeq:  | [] | [ | ( }}Memento{{#if: {{#if:  |  |  }} |  des Vorlage:Referrer }} vom {{#time: j. F Y|20130923003113}} im Internet Archive{{#if:  | ;  }}{{#ifeq:  | [] | ] | ) }}
      }}
  }}
      | {{#if:
          | {{#iferror: {{#time: j. F Y|{{{webciteID}}}}}
    | {{#switch: {{#invoke:Str|len|{{{webciteID}}}}}
       | 16= {{#if: MSDS Galinstan (Herstellerwebseite) | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf}} }} {{#ifeq:  | [] | [ | ( }}Memento{{#if: {{#if:  |  |  }} |  des Vorlage:Referrer }} vom {{#time: j. F Y| 19700101000000 + {{#expr: floor {{#expr: {{#invoke:Str|sub|{{{webciteID}}}|1|10}}/86400}} }} days}} auf WebCite{{#if:  | ;  }}{{#ifeq:  | [] | ] | ) }}
       | 9 = {{#if: MSDS Galinstan (Herstellerwebseite) | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf}} }} {{#ifeq:  | [] | [ | ( }}Memento{{#if: {{#if:  |  |  }} |  des Vorlage:Referrer}} vom {{#time: j. F Y| 19700101000000 + {{#expr: floor {{#expr: {{#invoke:Str|sub|{{#invoke:Expr|base62|{{{webciteID}}}}}|1|10}}/86400}} }} days}} auf WebCite{{#if:  | ;  }}{{#ifeq:  | [] | ] | ) }}
       | #default= Der Wert des Parameters {{#if: webciteID | webciteID | ID }} muss entweder ein Zeitstempel der Form YYYYMMDDHHMMSS oder ein Schüsselwert mit 9 Zeichen oder eine 16-stellige Zahl sein!Vorlage:Webarchiv/Wartung/webcitation{{#if:  || }}
      }}
    | c|{{{webciteID}}}}} {{#if: MSDS Galinstan (Herstellerwebseite) | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf}} }} (Memento{{#if: {{#if:  |  |  }} |  des Vorlage:Referrer}} vom {{#time: j. F Y|{{{webciteID}}}}} auf WebCite{{#if:  | ;  }}{{#ifeq:  | [] | ] | ) }}
  }}
          | {{#if: 
              | Vorlage:Webarchiv/Today
              | {{#if:
                      | Vorlage:Webarchiv/Generisch
                      | {{#if: MSDS Galinstan (Herstellerwebseite) | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf}} }}  
                 }}}}}}}}{{#if:
    | Vorlage:Webarchiv/archiv-bot
  }}{{#invoke:TemplatePar|check
     |all      = url=
     |opt      = text= wayback= webciteID= archive-is= archive-today= archiv-url= archiv-datum= ()= archiv-bot= format= original=
     |cat      = Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Webarchiv
     |errNS    = 0
     |template = Vorlage:Webarchiv
     |format   = *
     |preview  = 1
  }}{{#ifexpr: {{#if:20130923003113|1|0}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}} <> 1
    | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Genau einer der Parameter 'wayback', 'webciteID', 'archive-today', 'archive-is' oder 'archiv-url' muss angegeben werden.|1}}
  }}{{#if: 
    | {{#switch: {{#invoke:Webarchiv|getdomain|{{{archiv-url}}}}}
        | web.archive.org = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von Internet Archive erkannt, bitte Parameter 'wayback' benutzen.|1}} 
        | webcitation.org = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von WebCite erkannt, bitte Parameter 'webciteID' benutzen.|1}} 
        | archive.today |archive.is |archive.ph |archive.fo |archive.li |archive.md |archive.vn = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von archive.today erkannt, bitte Parameter 'archive-today' benutzen.|1}}
      }}{{#if: 
         | {{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}
             | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Wert des Parameter 'archiv-datum' ist ungültig oder hat ein ungültiges Format.|1}}
          |  }} 
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Pflichtparameter 'archiv-datum' wurde nicht angegeben.|1}}
      }}
    | {{#if: 
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Parameter 'archiv-datum' ist nur in Verbindung mit 'archiv-url' angebbar.|1}}
      }}
  }}{{#if:{{#invoke:URLutil|isHostPathResource|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf}}
    || {{#if:  || }}
  }}{{#if: MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)
    | {{#if: {{#invoke:WLink|isBracketedLink|MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)}}
        | {{#if:  || }}
      }}
    | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Linktext_fehlt
  }}{{#switch: 
    |addlarchives|addlpages= {{#if:  || }}{{#if: 1 |Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter}}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: enWP-Wert im Parameter 'format'.|1}}
  }}{{#ifeq: {{#invoke:Str|find|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf%7Carchiv}} |-1
    || {{#ifeq: {{#invoke:Str|find|{{#invoke:Str|cropleft|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf%7C4}}%7Chttp}} |-1
         || {{#switch: {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://www.rgmd.com/msds/msds.pdf }}
              | abendblatt.de | daserste.ndr.de | inarchive.com | webcitation.org = 
              | #default = {{#if:  || }}{{#if: 1 |Vorlage:Webarchiv/Wartung/URL}}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Archiv-URL im Parameter 'url' anstatt URL der Originalquelle. Entferne den vor der Original-URL stehenden Mementobestandteil und setze den Archivierungszeitstempel in den Parameter 'wayback', 'webciteID', 'archive.today' oder 'archive-is' ein, sofern nicht bereits befüllt.|1}}
            }} 
       }}
  }} (PDF; 81 kB)</ref>
  • Schmelzpunkt: 10,5–11 °C (Eutektikum<ref name=":0" /><ref name=":9">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>), −19,5 °C (<ref name="resintech">Gallium-Reduktion, Mitteilung zu Verwendung von Gallium der Firma ResinTech, inc., abgerufen am 18. Jan. 2023</ref>)
  • Siedepunkt: > 1300 °C<ref name="msds" />
  • Dampfdruck: <10−8 Torr (bei 500 °C)<ref name="msds" />
  • Löslichkeit: unlöslich in Wasser und organischen Lösungsmitteln<ref name="msds" />
  • Oberflächenspannung: 587–605 mN/m<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" />
  • (dynamische) Viskosität: ca. 0,0203 P,<ref name=":2" /> Werte zwischen 0,019 und 0,024 P sind in der Literatur genannt.<ref name=":0" />
  • Elektrische Leitfähigkeit: 0,33–0,34·105 S/cm<ref name=":0" /><ref name=":2" /><ref name=":3">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
  • Wärmeleitfähigkeit: 24,9–25,4 W/m·K<ref name=":0" /><ref name=":3" /><ref name=":6">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
  • Spezifische Wärmekapazität: 295–390 J/kg·K<ref name=":0" /><ref name=":10">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Zu einigen physikalischen Eigenschaften gibt es widersprüchliche Angaben<ref name=":0" />. Das betrifft Schmelztemperatur, Oberflächenspannung, Viskosität und Wärmeleitfähigkeit. Beim Schmelzpunkt ist eventuell die Diskrepanz zwischen Schmelz- und Gefrierpunkt wegen Unterkühlung die Ursache. Die hohe Reaktivität von Galinstan (und auch anderen Gallium-basierten Legierungen) ist vermutlich ein Grund für die große Streuung aller Messwerte. Gallium und seine Legierungen bilden an Luft und auch in Wasser eine selbst-limitierende Oxidschicht, die das Metall am Fließen hindert.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Die Änderung der Oberflächeneigenschaften und die veränderten Adhäsions-/Benetzungseigenschaften wirken sich auf die Messung der physikalischen Eigenschaften aus. Zum Beispiel werden Werte zwischen 535 mN/m und 718 mN/m für die Oberflächenspannung von Galinstan in der Literatur genannt.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Ein Wert von 718 mN/m ist jedoch unwahrscheinlich – Gallium besitzt eine Oberflächenspannung von ca. 711 mN/m.<ref name=":5" />, durch Legieren mit Indium (ca. 560 mN/m) oder Zinn (ca. 560 mN/m) verringert sich die Oberflächenspannung. Bei Gallium-Zinn ist zu sehen, dass sich die Oberflächenspannung durch Zugabe von Zinn von ca. 700 mN/m kontinuierlich auf ca. 540 mN/m (reines Zinn) verringert (Werte für 723 K).<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Daher sollte die Oberflächenspannung von Galinstan weit niedriger sein als die Oberflächenspannung von reinem Gallium. Darüber hinaus ist die Oberflächenspannung meist nicht niedriger als die niedrigste Oberflächenspannung der reinen Metalle. Daher ist ein Wert von 535 mN/m auch unwahrscheinlich. Vielmehr sollte der Wert für Galinstan nahe am Wert für das Eutektikum Gallium-Indium (EGaIn) liegen (624 mN/m<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>) Als Gründe für die weite Streuung ist zum einen die starke Neigung von Galinstan zur Oxidierung zu nennen. Oxidation verringert die Oberflächenspannung, jedoch ist diese dann sehr schwer zu messen, da durch die Haut die Form eines Galinstantropfens nicht mehr im Gleichgewicht ist.<ref name=":7">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Mithilfe von Vibrationen wurde 2021 die Oberflächenspannung von Galinstan (und EGaIn) mit Oxidschicht zu circa 360 mN/m gemessen.<ref name=":7" /> Daher sind die Ausbildung der Fließgrenze und die Verringerung der Oberflächenspannung durch Oxidation vermutlich die Hauptgründe für unterschiedliche Literaturwerte der Oberflächenspannung. Einige niedrige Werte sind auf das Messen von Galinstan (das technische Produkt) anstatt dem eutektischen Ga-In-Sn zurückzuführen.<ref name=":11" />

Oft wird in der Literatur ein Wert von 15 W/(m·K) für die Wärmeleitfähigkeit angegeben. Dieser Wert ist jedoch geringer als der Wert für die Wärmeleitfähigkeit von EGaIn (ca. 26 W/(m·K)),<ref name=":8">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> obwohl Galinstan und EGaIn eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen und beide eine elektrische Leitfähigkeit von ca. 0,34·105 S/cm aufweisen.<ref name=":2" /><ref name=":3" /><ref name=":8" /> Laut dem Wiedemann-Franz-Lorenz Gesetz ist die elektrische Leitfähigkeit mit der thermischen Leitfähigkeit verknüpft. Andere Messungen der thermischen Leitfähigkeit von Galinstan ergaben einen Wert von ca. 25 W/(m·K), was eher im Einklang mit dem Wiedemann-Franz-Lorenz Gesetz ist.<ref name=":3" /><ref name=":6" /> Mögliche Ursachen für abweichende Werte sind das fehlerhafte Benetzen von Oberflächen, auch durch Oxidschichten. Das technische Produkt Galinstan weist eine geringere elektrische und thermische Leitfähigkeit auf als das eutektische Ga-In-Sn.<ref name=":11" />

Verwendung

Datei:Galinstan-Fieberthermometer.jpg
Galinstan-Fieberthermometer von Geratherm

Galinstan wird vor allem als ungiftiger Ersatz in vielen Anwendungen eingesetzt, bei denen flüssiges Quecksilber oder Natrium-Kalium-Eutektikum (NaK) verwendet wurde; unter anderem für Fieberthermometer.

Da es sich bei Galinstan um eine flüssige Metall-Legierung handelt, wird in der wissenschaftlichen Forschung die Anwendung von Galinstan und nicht-toxischer flüssiger Metalle wegen ihrer Verformbarkeit für flexible und dehnbare Elektronik,<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> für flexible Schalter<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> und als thermisches Grenzflächen-Material<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> (siehe auch eng. thermal interface material) untersucht.


Weblinks

[{{canonicalurl:Commons:Category:{{#if:|{{{1}}}|Galinstan}}|uselang=de}} Commons: {{#if:|{{{2}}}|{{#if:|{{{1}}}|{{#invoke:WLink|getArticleBase}}}}}}]{{#switch:1

|X|x= |0|-= |S|s= – Sammlung von Bildern |1|= – Sammlung von Bildern{{#if: 

    | {{#switch: {{#invoke:TemplUtl|faculty|1}}/{{#invoke:TemplUtl|faculty|1}}
        |1/=  und Videos
        |1/1=, Videos und Audiodateien
        |/1=  und Audiodateien}}
    | , Videos und Audiodateien
  }}

|#default= – }}{{#if: 

   | {{#ifeq: {{#invoke:Str|left||9}} 
       | category:
| FEHLER: Ohne Category: angeben!}}}}

Vorlage:Wikidata-Registrierung

Einzelnachweise

<references responsive />

Abgerufen von „https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=Galinstan&oldid=128042“