Gaukite informaciją apie savybes, istoriją, gamybą ir programas
Germaniumas yra retas sidabro spalvos puslaidininkinis metalas, naudojamas infraraudonųjų spindulių technologijoje, skaidulinės optikos kabelių ir saulės elementų.
Savybės
- Atominis simbolis: Ge
- Atominis numeris: 32
- Elementas Kategorija: metaloidas
- Tankis: 5.323 g / cm3
- Lydymosi temperatūra: 1720,85 ° F (938,25 ° C)
- Virimo temperatūra: 5131 ° F (2833 ° C)
- Mohoso kietumas: 6.0
Charakteristikos
Techniškai germanis klasifikuojamas kaip metaloidas arba pusiau metalas. Viena iš elementų grupės, turinčios metalų ir nemetalų savybių.
Jo metalo pavidale germanis yra sidabro spalvos, kietos ir trapios.
Unikalias "Germanium" savybes sudaro skaidrumas netoli infraraudonosios spinduliuotės elektromagnetinės spinduliuotės (esant bangos ilgiui nuo 1600 iki 1800 nanometrų), didelis lūžio rodiklis ir maža optinė sklaidą.
Metaloidas iš esmės yra pusiau laidus.
Istorija
Periodinių lentelių tėvas Demitri Mendelejevas 1869 m. Prognozavo egzempliorių skaičių 32, kurį jis pavadino ekailikonu . Po septyniolikos metų chemikas Clemens A. Winkler atrado ir išskyrė elementą iš retų mineralinių argyroditų (Ag8GeS6). Jis pavadino elementą po jo tėvynės, Vokietijoje.
1920-aisiais Vokietijos elektrinių savybių tyrimas lėmė didelio grynumo, vieno kristalo germanio vystymąsi. Antrojo pasaulinio karo metais vienkristalinis germanis buvo naudojamas kaip ištaisymo diodai mikrobangų radarų imtuvuose.
Pirmoji komercinė paraiška dėl germanio atsirado po karo, 1947 m. Gruodžio mėn. Atlikus "John Bellinger, Walter Brattain ir William Shockley" išradimą tranzistorių "Bell Labs".
Per kelerius metus germaniumą turintys tranzistoriai pateko į telefono perjungimo įrangą, karinius kompiuterius, klausos aparatus ir nešiojamasis radijas.
Viskas prasidėjo po 1954 m., Tačiau, kai Gordon Teal iš Texas Instruments išrado silicio tranzistorius. Germio tranzistoriai turėjo tendenciją žlugti aukštoje temperatūroje, problema, kurią galima išspręsti siliciu.
Iki Tealo niekas negalėjo gaminti pakankamai gryno silicio, kad pakeistų germanį, tačiau po 1954 m. Silicis pradėjo keisti germaniumą elektroniniais tranzistoriais, o iki 1960-ųjų vidurio germanio tranzistoriai beveik nebuvo.
Buvo naujos paraiškos. Germanio sėkmė ankstyvuose tranzistoriuose paskatino daugiau tyrimų ir "germanio" infraraudonųjų spindulių savybių. Galiausiai dėl to metaloidas buvo naudojamas kaip pagrindinis infraraudonųjų spindulių (IR) objektyvas ir langai.
1970-aisiais prasidėjusios "Voyager" kosminio tyrimo misijos buvo naudojamos silicio-germanio (SiGe) fotovoltinės ląstelės (PVC) energijos gamybai. Germeno pagrindu pagaminti PVC yra vis dar svarbūs palydovinėms operacijoms.
1990 m. Dešimtojo dešimtmečio plėtrai ir plėtrai ar optinio pluošto tinklams padidėjo germanio paklausa, kuri naudojama pluošto optinių kabelių stiklo šerdims.
Iki 2000 m. Didelio efektyvumo PVC ir šviesos diodai (LED), priklausantys nuo germanio pagrindo, tapo dideliam elemento vartotojui.
Gamyba
Kaip ir dauguma smulkių metalų, germanis gaminamas kaip šalutinis nemažai metalo rafinavimo procesas ir nėra iškasamas kaip pirminė medžiaga.
Germenas dažniausiai gaminamas iš sphalerito cinko rūdų, bet taip pat žinomas kaip ekstrahuotas iš lakiųjų pelenų akmens anglių (pagamintų iš akmens anglių jėgainių) ir kai kurių vario rūdų.
Nepriklausomai nuo medžiagos šaltinio, visi germanio koncentratai pirmiausia išvalomi naudojant chlorinimo ir distiliavimo procesą, generuojantį germanium tetrachloridą (GeCl4). Germanium tetrachloridas yra hidrolizuojamas ir išdžiovinamas, gaminant germanio dioksidą (GeO2). Oksidas sumažinamas vandeniliu, kad susidarytų germanio metalo milteliai.
Germių milteliai įmaišomi į barus esant aukščiausiai 1720,85 ° F (938,25 ° C) temperatūrai.
Zona-rafinavimas (lydymosi ir aušinimo procesas) barai izoliuoja ir pašalina priemaišas ir galiausiai gamina labai grynumo germanio juostas. Komercinis germanio metalas dažnai yra daugiau nei 99.999% grynas.
Zona išgrynintas germanis taip pat gali būti išaugintas į kristalus, kurie supjaustyti į plonus gabalus, skirtus naudoti puslaidininkiuose ir optiniuose lęšiuose.
JAV geologijos tarnyba (USGS) nustatė, kad pasaulinė germanio gamyba 2011 m. Sudarė maždaug 120 metrinių tonų (yra germanio).
Apskaičiuota, kad 30 proc. Pasaulyje pagaminto vyno gamyba perdirbama iš laužo medžiagų, pvz., Į pensiją išvestų IR lęšių. Apskaičiuota, kad 60% germanio, naudojamo IR sistemose, dabar yra perdirbami.
Didžiausias germaniumą gaminančias šalis vadovauja Kinija, kur du trečdaliai visos germanijos gaminamos 2011 m. Kiti pagrindiniai gamintojai yra Kanada, Rusija, JAV ir Belgija.
Pagrindiniai germaniumo gamintojai yra " Teck Resources Ltd." , "Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co.", "Umicore" ir "Nanjing Germanium Co".
Programos
Pagal USGS, germanio paraiškos gali būti suskirstytos į 5 grupes (po to pateikiama apytikslė procentinė dalis bendro suvartojimo):
- IR optika - 30%
- Fiber Optics - 20%
- Polietileno tereftalatas (PET) - 20%
- Elektroninė ir saulės energija - 15%
- Fosforai, metalurgija ir organiniai produktai - 5%
Germio kristalai auginami ir suformuojami į lęšius ir langus, skirtus optinėms IR arba terminio vizualizavimo sistemoms. Apie pusę visų tokių sistemų, kurios labai priklauso nuo karinės paklausos, yra germanis.
Sistemose yra nedideli rankiniai ir ginklu montuojami įtaisai, taip pat orlaiviai, žemė ir jūros transporto priemonės montuojamos sistemos. Buvo dedamos pastangos didinti Vokietijos IR sistemų, tokių kaip aukštos klasės automobiliai, komercinę rinką, tačiau nekarinės paskirties prietaisai vis dar sudaro tik apie 12% paklausos.
Gerumo tetrachloridas naudojamas kaip priedas - arba priedas - padidina ląstelinių optinių linijų silicio dioksido stiklo šerdies lūžio rodiklį. Įjungus germanį, galima užkirsti kelią signalų praradimui.
Germanio formos taip pat yra naudojamos substratuose, kad būtų pagaminti PVC (kosminių (palydovų) ir sausumos energijos gamybai).
Germio pagrindai sudaro vieną sluoksnį daugiasluoksnėse sistemose, kuriose taip pat naudojamas galisas, indiumfosfidas ir galio arsenidas. Tokios sistemos, vadinamos koncentruotomis fotovoltinėmis medžiagomis (CPV), dėl koncentruojamųjų lęšių, kurie padidina saulės šviesą prieš tai, kai jie yra paverčiami energija, naudojami didelio efektyvumo lygiu, bet yra brangesni gaminti nei kristalinio silicio arba vario-indio-galio- diseleno (CIGS) ląstelės.
Kiekvienais metais gaminant PET plastiką kaip polimerizacijos katalizatorių naudojama maždaug 17 metrinių tonų germanio dioksido. PET plėvelė pirmiausia naudojama maisto, gėrimų ir skystų indų.
Nepaisant to, kad praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje trūko tranzistoriaus, kai kuriuose mobiliuosiuose telefonuose ir belaidžio ryšio įrenginiuose germanis dabar naudojamas kartu su siliciu tranzistorių komponentuose. SiGe tranzistoriai turi didesnį perjungimo greitį ir mažiau energijos nei silicio technologija. Viena galutinio naudojimo "SiGe" lustai yra automobilių saugos sistemose.
Kiti germanio naudojimo elektronikoje būdai yra fazės atminties mikroschemos, kurios daugelyje elektroninių prietaisų pakeičia "flash" atminties dėl jų energijos taupymo pranašumų, taip pat į padangas, naudojamas gaminant šviesos diodus.
Šaltiniai:
USGS. 2010 m. Mineralų metraštis: germaniumas. David E. Guberman.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Mažųjų metalų prekybos asociacija (MMTA). Germaniumas
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
CK722 muziejus. Jackas Wardas.
http://www.ck722museum.com/