Добијте информации за својствата, историјата, продукцијата и апликациите
Германиум е редок, сребрен полупроводник метал кој се користи во инфрацрвената технологија, кабли со оптички влакна и соларни ќелии.
Својства
- Атомски симбол: Ге.
- Атомски број: 32
- Елемент Категорија: Металоид
- Густина: 5.323 g / cm3
- Точка на топење: 1720,85 ° F (938,25 ° C)
- Точка на вриење: 5131 ° F (2833 ° C)
- Цврстина на Mohs: 6.0
Карактеристики
Технички, германиумот е класифициран како металоид или полуметал. Една од групата на елементи кои поседуваат својства на метали и неметали.
Во својата метална форма, германиум е сребрен во боја, тврд и кршлив.
Уникатните карактеристики на германиумот ја вклучуваат својата транспарентност кон блиското инфрацрвено електромагнетно зрачење (на бранови должини помеѓу 1600-1800 нанометри), неговиот висок индекс на рефракција и неговата ниска оптичка дисперзија.
Металоидот е, исто така, суштински полупроводнички.
Историја
Демитри Менделеев, татко на периодниот систем, го предвиде постоењето на елементот број 32, кој го нарече екасиликон во 1869 година. Седумнаесет години подоцна, хемичарот Клеменс А. Винклер го открил и го изолирал елементот од ретките минерални аргиродити (Ag8GeS6). Тој го именувал елементот по својата татковина, Германија.
Во текот на 1920-тите, истражувањето на електричните својства на германиум резултирало со развој на висока чистота, монокристален германиум. Еден кристален германиум се користеше како диоди за исправување кај приемниците на микробранови радари за време на Втората светска војна.
Првата комерцијална апликација за германиум дојде по војната, по пронаоѓањето на транзистори од Џон Бардин, Волтер Братејн и Вилијам Шокли во Bell Labs во декември 1947 година.
Во наредните години, транзисторите кои содржат германи се најдоа во опрема за префрлување на телефон, воени компјутери, слушни помагала и преносливи радија.
Работите почнаа да се менуваат после 1954 година, меѓутоа, кога Гордон Тел од Texas Instruments измислил транзистор од силикон . Германиумските транзистори имале тенденција да пропаднат при високи температури, проблем што може да се реши со силикон.
До Teal, никој не можеше да произведе силикон со доволно висока чистота за да го замени германиумот, но по 1954 година силикон почна да го замени германиумот во електронските транзистори, а до средината на 1960-тите, транзисторите на германи беа речиси непостоечки.
Нови апликации требаше да дојдат. Успехот на германиум во раните транзистори доведе до повеќе истражувања и реализација на инфрацрвените својства на германиумот. На крајот на краиштата, ова резултирало со тоа што металоидот се користи како клучна компонента на инфрацрвени (IR) леќи и прозорци.
Првите мисии за вселенско истражување на Војаџер започнати во 1970-тите се потпираа на моќта произведена од силикон-германиум (SiGe) фотоволтаични ќелии (PVCs). ПВЦ-базирани германиум се уште се критични за сателитски операции.
Развојот и проширувањето или мрежите со оптички влакна во 1990-тите доведоа до зголемена побарувачка за германиум, кој се користи за формирање на стакленото јадро на оптичките кабли.
До 2000 година, високи ефикасни ПВЦ и диоди кои емитуваат светлина (LED), зависни од германиумските подлоги, станаа голем потрошувач на елементот.
Производство
Како и повеќето помали метали, германиум се произведува како нуспроизвод од рафинирање на основни метали и не е миниран како примарен материјал.
Германиум најчесто се произведува од рударите на сфилеритот, но, исто така, се знае дека е извлечен од летечки јаглен (произведен од јаглен) и некои бакарни руди.
Без оглед на изворот на материјалот, сите концентрации на германиум прво се прочистуваат со употреба на процес на хлорирање и дестилација кој произведува германиум тетрахлорид (GeCl4). Германиум тетрахлоридот потоа се хидролизира и се суши, со што се произведува германиум диоксид (GeO2). Оксидот потоа се намалува со водород за да се формира метал метал прав во германиум.
Германскиот прав се фрла во решетки на температури над 1720,85 ° F (938,25 ° C).
Рафинирање на зоната (процес на топење и ладење) баровите ги изолираат и отстрануваат нечистотиите и, во крајна линија, произведуваат германиумски решетки со висока чистота. Комерцијалниот германиум метал е често повеќе од 99,999% чист.
Зона-рафиниран германиум понатаму може да се одгледува во кристали, кои се исечени на тенки парчиња за употреба во полупроводници и оптички леќи.
Глобалното производство на германиум беше проценето од страна на САД геолошко истражување (USGS) да биде околу 120 метрички тони во 2011 година (содржани германиум).
Се проценува дека 30% од годишното производство на германиум во светот се рециклира од отпадни материјали, како што се пензионирани IR леќи. Околу 60% од германиум кој се користи во инфрацрвените системи сега се рециклира.
Најголеми германиумски земји што се занимаваат со производство се Кина, каде што две третини од германиум се произведува во 2011 година. Други главни производители се Канада, Русија, САД и Белгија.
Главните производители на германи вклучуваат Teck Resources Ltd. , Јунан Линцкан Xinyuan Германиум индустриска копродукција, Умикор и Нанџинг германиум копродукции
Апликации
Според USGS, апликациите на германи можат да се класифицираат во 5 групи (проследено со приближен процент од вкупната потрошувачка):
- IR оптика - 30%
- Оптичка оптика - 20%
- Полиетилен терефталат (ПЕТ) - 20%
- Електронски и соларни - 15%
- Фосфор, металургија и органски - 5%
Германските кристали се одгледуваат и формираат во леќи и прозорци за инфрацрвени или термовизиски оптички системи. Околу половина од сите такви системи, кои во голема мера зависат од воената побарувачка, вклучуваат германиум.
Системите вклучуваат мали рачни уреди и монтирани на оружје, како и системи за монтирање на возила на воздух, копно и море. Направени се напори за да се зголеми комерцијалниот пазар за IR системи базирани на германиум, како што се high-end автомобили, но немолитарните апликации сеуште претставуваат само околу 12% од побарувачката.
Германиум тетрахлорид се користи како допант - или адитив - за зголемување на индексот на рефракција во јадрото од силика чаша на фибер-оптички линии. Со вградување на германиум, може да се спречи губење на сигналот.
Форми на германиум исто така се користат во супстрати за производство на ПВЦ-и за сателитско-сателитско производство и за производство на копнени производи.
Германиумските супстрати формираат еден слој во повеќеслојни системи кои исто така користат галиум, индиум фосфид и галиум арсенид. Ваквите системи, познати како концентрирани фотоволтаици (CPVs) поради нивната употреба на концентрирачки леќи кои ја зголемуваат сончевата светлина пред да се претворат во енергија, имаат високо-ефикасни нивоа, но се поскапи за производство од кристален силициум или бакар-индиум-галиум- диселенид (CIGS) клетки.
Околу 17 метрички тони германиум диоксид се користи како полимеризација катализатор во производството на ПЕТ пластика секоја година. ПЕТ пластика првенствено се користи во храна, пијалоци и течни контејнери.
И покрај нејзиниот неуспех како транзистор во 1950-тите, германиум сега се користи во тандем со силикон во компоненти на транзистор за некои мобилни телефони и безжични уреди. SiGe транзисторите имаат поголема брзина на префрлување и користат помалку енергија отколку технологијата базирана на силикон. Една апликација за крајна употреба за SiGe чипови е во системи за безбедност на автомобилите.
Другите употреби за германиум во електрониката вклучуваат фазни мемориски чипови, кои ја заменуваат флеш меморијата во многу електронски уреди поради нивните придобивки за заштеда на енергија, како и во супстратите што се користат во производството на LED диоди.
Извори:
USGS. 2010 Минерали годишник: германиум. Дејвид Е. Губерман.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Мало трговски друштва за трговија со метали (MMTA). Германиум
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
CK722 музеј. Џек Вард.
http://www.ck722museum.com/