鎵是一種罕見的銀白色元素，它能夠在元素週期表上完成最酷的小把戲之一。在室溫下，鎵是一種閃亮的金屬固體，類似於純鋁。但是將它握在手中幾分鐘，這塊金屬塊就會開始融化。
沒錯，鎵的熔點只有華氏85.6度（攝氏29.8度），這意味著它會在你溫熱的手中融化成一灘鏡子般的液體。在液態形式下，鎵看起來很像汞，但鎵不像汞那樣有毒，所以處理它比較安全（儘管它可能會弄髒你的皮膚）。
但是鎵不僅僅是融化在你手中的YouTube視頻的素材。它也是LED燈的關鍵成分和智慧型手機中強大微晶片的首選半導體材料。唯一阻止鎵佔領電子世界的是它相對於矽來說非常罕見且非常昂貴。
門捷列夫預測了鎵的存在
純鎵在自然界中並不存在，它需要通過多步化學過程從像鋁土礦這樣的礦物中提取。根據美國地質調查局，地殼中的鎵豐度只有每百萬分之19（相比之下，矽的豐度是每百萬分之282,000）。第一個分離並認識到鎵是一種新元素的人是1875年的法國化學家Paul Emile Lecoq de Boisbaudran。他以拉丁名稱「Gallia」命名鎵，這是法國的拉丁名稱。
但是在Boisbaudran發現鎵的四年前，著名的俄國化學家門捷列夫預測了鎵的存在。門捷列夫被譽為「元素週期表之父」，他發現鋁後面存在一個空缺，於是他推測一個他稱為「eka-aluminum」的缺失元素將與鋁共享許多性質，但具有不同的原子結構。
門捷列夫是對的，但他無法預測到鎵的不尋常特性——介於金屬和非金屬之間——會使它成為現代電子產品的理想材料。
一個有身份危機的元素
關於鎵的另一個又酷又奇怪的事實是：儘管它的熔點只有華氏85.6度（攝氏29.8度），但它的沸點直到華氏3999度（攝氏2204度）才會達到。這使得鎵獲得了保持最長液態階段的獎項。但為什麼會這樣呢？
「鎵很困惑，」我們通過美國化學學會聯繫到賓夕法尼亞大學的一位化學教授Daniel Mindiola 說。「它在低溫下融化，這與輕元素一致，但在高溫下才沸騰，這與重元素一致。鎵不知道它是想成為金屬還是非金屬。」
鎵的雙重性格源於它在元素週期表中位於被稱為「類金屬」和「後過渡金屬」兩個族群之間。鎵在鋁之後排列，但其原子比其閃亮的箔（懂了嗎？）獨立得多，而鋁則更「正電性」，這是一種真正金屬的特性。
像矽一樣，鎵是良好的導電材料，但不是最優的。這使得這些類金屬成為半導體的首選，在那裡需要控制電流的流動。
「鎵實際上是理想的半導體材料，比矽還要好，」Mindiola 說。「問題是它很罕見，所以很昂貴。」
使用現有的製造工藝，一片鎵砷化物（最流行的鎵基半導體材料）的價格大約是矽晶片的1000倍。
你的裝置中有鎵
儘管鎵比矽貴得多，但它已成為最新一代智慧型手機中的流行半導體材料。智慧型手機使用射頻（RF）晶片與蜂窩數據網絡通信，而用鎵砷化物製成的射頻晶片比矽晶片發熱更少，並且可以在更高頻率帶上操作，這是5G網絡的要求。根據美國地質調查局，超過70%的鎵在美國用於製造射頻晶片和其他類型的集成電路。
但是鎵的一個最酷的應用是在發光二極體（LED）中，現在從計算機顯示器到交通信號燈再到豪華車前燈中都有使用。LED之所以如此受歡迎，是因為它們非常高效，將電力直接轉換為光。第一個可見光LED是在20世紀60年代初研製的，當時通用電氣的研究人員發現了用鎵合金（鎵、砷、氮、磷和其他元素的組合）製成的二極體的獨特特性。
在二極體中，電子通過兩層半導體材料，一層帶正電荷，另一層帶負電荷。當負極一側的自由電子填補正極一側的「空洞」時，它們會作為副產品釋放出光子的光。科學家們發現，不同的鎵合金會釋放不同可見光頻率的光子。鎵砷化物和鎵磷化物產生紅色、橙色和黃色的光，而鎵氮化物則產生藍色光。
Mindiola 說：「只需給 LED 施加電流，它就會像聖誕樹一樣亮起來。」
LED 不僅在連接到電源時會發光，還可以反向過程。太陽能電池內的特殊二極體也是由鎵基半導體製成的。它們將進入的光分離成自由電子和「空洞」，從而產生電壓，可以作為電力存儲在電池中。
鎵的其他巧妙用途
「醫學領域也開始使用鎵來檢測和治療某些類型的癌症，」Mindiola 說。「鎵-67會被吸引到比正常生長速度快的細胞，這正是腫瘤中的情況。」
鎵-67是一種釋放無毒伽馬射線的放射性同位素。放射科醫師可以通過將鎵-67注射到患者的血液中來掃描其全身的腫瘤或感染引起的炎症。由於鎵-67會結合到快速增長的細胞團中，這些潛在的問題點將在 PET 掃描或任何對伽馬射線敏感的掃描中顯示出來。鎵硝酸鹽也顯示出在縮小和消除某些類型的腫瘤方面有效，而不僅僅是檢測它們。
航空航天行業幾十年來對鎵的興趣濃厚。高端太陽能電池板都是用鎵砷化物製成的，包括火星探測器上的關鍵太陽能電池板。在高峰性能下，火星探測器上的鎵基太陽能電池板每天可以產生900瓦時的能量。
真酷
當你以精確量的鎵、銦和錫混合時，你會得到一種在華氏-2.2度（攝氏-19度）下熔化的金屬合金。這種被稱為Galistan的液態金屬是一種無毒的汞替代品。
常見問答
鎵稀有還是常見？
鎵是一種相對稀有的元素，地殼中的豐度約為每百萬分之19。