中国宣布出口限制之后，美国如何采购镓？

氮化镓（GaN）是一种宽带隙半导体材料。由于具有更高的击穿强度、更快的开关、更高的热导率和更低的导通电阻，氮化镓基功率器件明显比硅基器件更优越。氮化镓晶体可以在各种衬底上生长，包括蓝宝石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生长 GaN 外延层可以使用现有的硅制造基础设施，从而无需使用成本很高的特定生产设施，而且可采用低成本、大直径的硅晶片。氮化镓材料用于制造半导体功率器件, 也可以用于制造射频元件和发光二极管（LED）。氮化镓技术展示出它可以在功率转换、射频及模拟应用中，替代硅基半导体技术。

氧化镓（Ga2O3）是镓最稳定的氧化物，是一种白色的晶体粉末，具有两性。氧化镓，禁带宽度为 4.9eV，远高于碳化硅（3.2eV）和氮化镓（3.39eV），仅次于金刚石（5.5eV）和氮化铝（6.2eV）。氧化镓具有适合日盲紫外波段的禁带宽度以及极高的耐击穿场强，在日盲紫外光电探测，高功率、低损耗半导体器件制备方面具有很大优势，在航空航天、5G 通讯、轨道交通、高端装备、智能电网、新能源汽车等众多领域具有潜在的应用，市场前景广阔，是一种非常有潜力的半导体材料。

自从中国宣布限制对镓的出口以来，镓的一直成为头条新闻。中国的限制自 2023 年 8 月 1 日起生效，这对美国采购该元素造成了重大打击，因为 98% 的精炼镓来自中国。战略与国际研究中心准备的一份关于「消除镓供应链风险」的详细研究警告说，「未能解决镓供应链中的明显漏洞可能会给美国及其盟国带来严重的国家安全和经济挑战。」

金属镓具有在室温下熔化的不寻常特性，并且经常成为化学展览中的珍品。与元素周期表上的邻居铝一样，镓并不是独立存在于地壳中的，而是与一系列其他元素结合在一起。大多数镓矿石来自铝土矿（铝的原生矿石）以及一些锌矿床的开采。然而，与地壳中最丰富的金属之一铝不同，镓非常稀缺。用于地壳中镓的估计值约为 16.9 ppm（作为比较，地壳中铜的估计值约为 50 ppm，铝约为 82,000 ppm）。

镓化合物提供了一系列新技术，从 LED 照明到太阳能电池，再到用于一系列消费和国防应用的高效半导体。氮化镓的广泛应用意义重大，以至于三名日本科学家因此荣获 2014 年诺贝尔物理学奖。氮化镓具有卓越的电化学性能，目前正受到另一场重要的绿色技术革命——快速充电设备的青睐。充电设备在第四次工业革命中发挥着多么重要的作用——每部智能手机、笔记本电脑、无人机，甚至电动汽车都需要高效的充电系统。尽管其半导体特性众所周知，但其低发热特性氮化镓充电系统现在也越来越受欢迎。领导这项工作的是纳维半导体公司，该公司正在开发氮化镓充电系统，该系统可以将电动汽车的家庭充电时间减少三分之一。这可能会对消费者对电动汽车的接受程度产生巨大影响。

由于大多数镓是作为铝土矿的「伴金属」开采的，因此我们需要找到使铝供应多元化的方法，同时发展下游精炼能力，而这正是中国占据主导地位的领域。西非国家几内亚拥有世界上最大的铝土矿储量。中国投资在该国整个供应链中占据主导地位，目前中国 56% 的铝土矿进口用于炼油。几内亚目前由军政府控制，其政治未来存在巨大不确定性。澳大利亚和巴西等其他主要铝土矿生产国更有可能为美国提供长期铝土矿来源。

目前美国仅从铝土矿铝矿开采中提取了约 10% 的可用镓副产品。然而，正如稀土镧系元素等其他技术金属的经验所表明的那样，在智能手机等新产品的推动下，需求可能会在短时间内迅速上升。因此，矿产政策分析师必须开始制定令人信服的镓供应情景，其中考虑到从澳大利亚和加拿大等可靠来源提取铝土矿的高能源成本，以及从回收材料中利用镓的机会。据估计，2010 年日本通过回收废料生产了约 90 吨镓，美国能源部估计镓回收能力约为 42%。

除了铝土矿之外，德克萨斯州的圆顶稀土矿床还蕴藏着大量伴生的镓矿床，可以提供足够使用 2,000 年的金属。尽管这些估计是基于当前的消费量，而当前的消费量无疑会随着这些新的需求领域而增长，但在可预见的未来仍然有充足的供应。最终，通过电子设备的模块化设计回收镓也将缓解市场压力。镓的独特性质可能会产生更多有价值的用途，并且在全球化学工程项目中对其化合物进行更多研究应该是一个优先事项。与此同时，任何技术用途的材料多样化始终值得追求，尽管此类替代品可能存在化学限制。