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Galinstan, verrieben auf Glas

Galinstan, ein Markenname, ist eine silbrige, eutektische Legierung aus Gallium, Indium und Zinn. Gallium, Indium und Stannum (lateinisch für Zinn) bilden das Kunstwort Galinstan. Die Legierung ist bei Raumtemperatur flüssig und geht laut Herstellerangaben bei Temperaturen unter −19 °C in den festen Aggregatzustand über. Galinstan haftet an vielen Materialien, unter anderem auch an Glas, was die Anwendungen einschränkt. So können Thermometer mit Galinstan nur hergestellt werden, wenn das Innere der Röhre zuvor mit Gallium(III)-oxid beschichtet wird. Ebenso wie Quecksilber bildet Galinstan leicht Legierungen mit festen Metallen; beispielsweise lässt sich Aluminium in Galinstan auflösen. Galinstan besitzt eine sehr grosse Oberflächenspannung von 718,0 mN/m, in Gegensatz zu Wasser mit 72,75 mN/m und Quecksilber mit 476,0 mN/m (alle bei 20 °C).

Inhaltsverzeichnis

Zusammensetzung und SchmelzpunktBearbeiten

In Gewichtsprozent ausgedrückt besteht Galinstan zu 65 bis 95 % aus Gallium, zu 5 bis 22 % aus Indium und zu 0 bis 11 % aus Zinn. Einen besonders niedrigen Schmelzpunkt weist dabei laut Herstellerangaben die Legierung aus 68 bis 69 % Gallium, 21 bis 22 % Indium und 9,5 bis 10,5 % Zinn mit −19,5 °C auf.[1][2]

Eine ähnlich zusammengesetzte Mischung aus 62 % Gallium, 22 % Indium und 16 % Zinn zeigt dagegen einen Schmelzpunkt von 10,7 °C.[3]

Eine Mischung aus 68,5 % Gallium, 21,5 % Indium und 10 % Zinn hat eine Dichte von 6,4 g·cm−3 und einen Schmelzpunkt von 11 °C.[4]

Auch in der physikalisch-chemischen Fachliteratur wird das ternäre Eutektikum dieser drei Elemente mit einer Zusammensetzung aus 59,6 % Gallium, 26 % Indium und 14,4 % Zinn sowie mit einem Schmelzpunkt von 11 °C angegeben.[5]

Die große Abweichung des Schmelzpunkts zwischen den Werten aus der Fachliteratur und den Herstellerangaben kann mit den zugänglichen Quellen zur Zusammensetzung des Produkts nicht hinreichend erklärt werden.

EigenschaftenBearbeiten

Galinstan ist eine silberfarbene geruchlose Flüssigkeit[6] und weist folgende Eigenschaften auf:

VerwendungBearbeiten

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

Galinstan kann wegen seines Indiumgehaltes nicht als Kühlmittel für Kernreaktoren verwendet werden, denn Indium hat einen sehr hohen Neutroneneinfang-Querschnitt, wodurch dem Reaktor zu viele Neutronen entzogen würden.

Als metallische Wärmeleitpaste für Kühlkörper mit einer Wärmeleitfähigkeit von 16 W/(m·K) übertrifft es herkömmliche Wärmeleitpasten mit Wärmeleitfähigkeiten von 1 bis 9 W/(m·K). Nachteil ist jedoch, dass Aluminiumkühlkörper durch Galinstan aufgelöst werden, weshalb es nur mit (vernickelten oder unvernickelten) Kupferkühlkörpern eingesetzt werden kann. Anders als gewöhnliche Pasten ist Galinstan elektrisch leitfähig; überschüssige Mengen können daher beim Herausquellen Kurzschlüsse verursachen.

Da es sich bei Galinstan um ein flüssiges Metall handelt, wird in der wissenschaftlichen Forschung die Anwendung von Galinstan und anderer nicht-toxischer flüssiger Metalle wegen ihrer Verformbarkeit für flexible und dehnbare Elektronik,[7] für flexible Schalter[8] und als thermisches Grenzflächen-Material[9] (siehe auch eng. thermal interface material) untersucht.

MarkennameBearbeiten

Galinstan ist ein gesetzlich geschützter Markenname, der am 10. Dezember 1996 von der Geratherm Medical AG für „im wesentlichen aus unedlen Metallen bestehende Legierungen, insbesondere Galliumlegierungen“ beim deutschen Patent- und Markenamt eingetragen wurde.

WeblinksBearbeiten

  Commons: Galinstan – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b Patent EP0657023: Clinical Thermometer. Veröffentlicht am 14. Juni 1995, Erfinder: Gerd Speckbrock, Siegbert Kamitz, Marion Alt, Heribert Schmitt.
  2. Hanan Chanaa: Eine neuartige Metallelektrode als Alternative zur Quecksilberelektrode: Galinstan in der Voltammetrie. Berlin 2008, DNB 1023170396, urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000004871-5 (Dissertation, FU Berlin).
  3. Datenblatt Galinstan bei AlfaAesar, abgerufen am 15. Dezember 2010 (PDF) (JavaScript erforderlich).
  4. Angabe auf goodfellow.com
  5. 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.
  6. a b c d e MSDS Galinstan (Herstellerwebseite) (PDF; 81 kB)
  7. Suqing Liang, Yaoyao Li, Yuzhen Chen, Jinbin Yang, Taipeng Zhu: Liquid metal sponges for mechanically durable, all-soft, electrical conductors. In: Journal of Materials Chemistry C. Band 5, Nr. 7, 2017, ISSN 2050-7526, S. 1586–1590, doi:10.1039/c6tc05358k.
  8. Yuzhen Chen, Tingjiao Zhou, Yaoyao Li, Lifei Zhu, Stephan Handschuh-Wang: Robust Fabrication of Nonstick, Noncorrosive, Conductive Graphene-Coated Liquid Metal Droplets for Droplet-Based, Floating Electrodes. In: Advanced Functional Materials. Band 28, Nr. 8, 15. Januar 2018, ISSN 1616-301X, S. 1706277, doi:10.1002/adfm.201706277.
  9. Michael D. Bartlett, Navid Kazem, Matthew J. Powell-Palm, Xiaonan Huang, Wenhuan Sun: High thermal conductivity in soft elastomers with elongated liquid metal inclusions. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 114, Nr. 9, 13. Februar 2017, ISSN 0027-8424, S. 2143–2148, doi:10.1073/pnas.1616377114.