Galinstan

Galinstan

Galinstan ist eine silberne, eutektische Legierung aus Gallium, Indium und Zinn. Gallium, Indium und Stannum (lat. für Zinn) bilden auch das Kunstwort Galinstan^®. Sie ist bei Raumtemperatur flüssig und geht laut Herstellerangaben bei Temperaturen unter −19 Grad Celsius in den festen Aggregatzustand über. Galinstan zeigt die Eigenschaft, an vielen Materialien zu haften, 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 zeigt Galinstan die Tendenz, sich mit festen Metallen zu legieren; beispielsweise lässt sich Aluminium mit Galinstan auflösen.

Zusammensetzung und Schmelzpunkt

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.

Eigenschaften

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

• Thermischer Volumenausdehnungskoeffizient: 0,000126 K⁻¹
• Dichte: 6,44 g·cm^−3[6]
• Schmelzpunkt: −19,5 °C^[1]
• Siedepunkt: > 1300 °C^[6]
• Dampfdruck: < 1,0 bis 1,3 hPa (500 °C)^[6]
• Löslichkeit: unlöslich in Wasser und organischen Lösungsmitteln^[6]

Verwendung

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 Wirkungsquerschnitt für die Neutronenanlagerung, 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 sollte. Anders als gewöhnliche Pasten ist Galinstan elektrisch leitfähig; überschüssige Mengen können daher beim Herausquellen Kurzschlüsse verursachen.

Markenname

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.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Europäisches Patent EP0657023
2. ↑ Eine neuartige Metallelektrode als Alternative zur Quecksilberelektrode
3. ↑ Datenblatt Galinstan bei AlfaAesar, abgerufen am 15. Dezember 2010 (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, 4, 9, S. 733–736; (doi:10.1016/0036-9748(70)90215-2).
6. ↑ ^{a b c d e} MSDS Galinstan (Herstellerwebseite)