Одно из характерных свойств галлия — длительный период жидкого состояния: металл плавится при t = 29,76°C, кипит при t = 2 203,85°C. Таким образом, он сохраняет жидкую форму в очень широком температурном интервале — 2 174,09°C. При комнатной температуре металл устойчив к окислению, но при нагревании активно реагирует с кислородом, а также с йодом и серой. Медленно вступает в реакцию с азотной и хлорной кислотой, и быстро растворяется в серной и соляной.
При контакте с алюминием и его сплавами галлий проникает в межкристаллическую решетку металла, что приводит к разрушению последнего. К примеру, если алюминиевую банку частично покрыть Ga, то она не только начнет моментально окисляться, но и после непродолжительной реакции легко рассыплется в руках. Причем галлий здесь выступит классическим катализатором — он, подобно ртути, превратит алюминий в жидкую амальгаму, но сам в процессе реакции расходоваться не будет.
Уникальные характеристики галлия долгие годы были не востребованы, но после обнаружения у него полупроводниковых свойств ситуация резко изменилась. Еще в 1990 году мировая добыча галлия составляла всего 6,5 тонны в год, в 2008 — уже 270 т, а в 2022 — более 430 тонн. Самый резкий рост спроса на Ga произошел в начале двухтысячных, когда стремительными темпами начали развиваться производство мобильных телефонов и оптоволоконная связь. Именно в этот период была построена большая часть предприятий по производству галлия. Удивительно, что несмотря на непрерывный рост спроса на металл, мировые мощности по добыче и переработке Ga считаются избыточными — по оценке геологической научно-исследовательской службы США силами существующих предприятий можно производить более 480 тонн в год (что превышает потребление более чем на 10%).
Без Ga не существовало бы таких технологий, как Wi-Fi, Bluetooth и мобильная связь. Чипы из арсенида галлия (GaAs) повсеместно используются в беспроводных сетях, а из нитрида галлия (GaN) — в зарядных устройствах и электромобилях. Именно микропроцессорная электроника является главной сферой применения Ga — на нее расходуется 96,7% произведенного в мире металла.
Арсенид галлия – такой же полупроводник, как и кремний, но при работе на сверхвысоких частотах он обеспечивает более качественную связь и снижает количество шумов. К тому же, электроны галлия движутся в пять раз быстрее, чем кремния, что позволяет в разы повысить скорость передачи сигналов. До некоторого времени из GaAs изготавливали только уникальные дорогостоящие детали, к примеру, солнечные элементы для космических станций. Но с появлением стандартов связи 3G и 4G потребность в Ga возросла более чем в 10 раз (а разработка 5G без него вообще была бы невозможна, так как только галлий способен обеспечить требуемую скорость обмена данными). Сегодня именно на производство чипов 3G/4G тратится более половины добываемого галлия.
Еще одна сфера применения — производство светодиодов. Соединения Ga с другими элементами позволяет получить «лучистые» элементы с различным цветовым спектром. К примеру, для инфракрасного излучения используют арсенид галлия или его сплав с алюминием (AlGaAs), для зеленого цвета — фосфид галлия с алюминием и индием (AlGaP и AlGaInP), для фиолетового — индия-галлия нитрид (InGaN).
Нитрид галлия широко применяется при изготовлении жидкокристаллических дисплеев, компонентов для электрических распределительных устройств, промышленных систем управления, источников микроволнового излучения, базовых станций для беспроводных сетей.
Потенциально растущим рынком для галлия считается производство тонкопленочных фотоэлектрических элементов, в том числе и тех, которые используются для поглощения солнечного излучения. Но помимо этого, есть еще одна отрасль, способная обеспечить Ga очередной резкий скачок спроса — это так называемая носимая электроника — устройства, способные создавать единое целое с человеческим телом.
Для изготовления подобных изделий нужны жидкие провода, которые в таком состоянии не только сохранят свою электропроводность, но и не будут препятствовать проникновению света, тепла и влаги. И если для достижения требуемой водо- и светопроницаемости достаточно применить прозрачную полимерную основу, то для желаемого рассеивания тепла подойдет только металл. Решением стал галлий, помещенный в эластичную оболочку из полимеров.
Единичные устройства с жидкими проводами уже доступны некоторым пользователям. К сожалению, пока преимущественно только их разработчикам и заинтересованным ученым. Например, в создаваемых прототипах элементов систем виртуальной реальности заключенный в полимерную оболочку галлий используется для передачи информации о тактильных ощущениях.
