Добијте информације о својствима, историји, производњи и апликацијама
Германијум је ретки сребрни полупроводнички метар који се користи у инфрацрвеној технологији, оптичким кабловима и соларним ћелијама.
Особине
- Атомски симбол: Ге
- Атомски број: 32
- Елемент Категорија: Металоид
- Густина: 5.323 г / цм3
- Тачка топљења: 1720.85 ° Ф (938.25 ° Ц)
- Тачка кључања: 5131 ° Ф (2833 ° Ц)
- Мохс тврдоћа: 6.0
Карактеристике
Технички, германијум се класификује као металоид или полу-метал. Једна од група елемената која поседују својства метала и неметала.
У свом металном облику, германијум је сребро у боји, тврд и крхка.
Јединствене карактеристике германија укључују његову транспарентност до близу инфрацрвеног електромагнетног зрачења (на таласним дужинама између 1600-1800 нанометара), високом индексу рефракције и ниској оптичкој дисперзији.
Металоид је такодје интринсицалли семицондуцтиве.
Историја
Демитри Менделејев, отац периодичног стола, предвидео је постојање елемента број 32, које је назвао екасиликон 1869. године. Седамнаест година касније, хемичар Цлеменс А. Винклер открио је и изоловао елемент из ретког минералног аргиродита (Аг8ГеС6). Елемент је назвао по својој домовини, Њемачкој.
Током двадесетих година прошлог века, истраживање електричних особина германија резултирало је развојем чистог, монокристалног германија. Једнокристални германијум коришћен је као исправљачке диоде у микроталасним радарским пријемницима током Другог светског рата.
Прва рекламна апликација за германијум долазила је након рата, након проналаска транзистора од стране Јохн Бардеен, Валтер Браттаин и Виллиам Схоцклеи у Белл Лабс у децембру 1947.
У наредним годинама, транзистори који садрже германијум пронашли су пут до опреме за пребацивање телефона, војних компјутера, слушних помагала и преносивих радио станица.
Ствари су почеле да се мењају након 1954. године, међутим, када је Гордон Теал Текас Инструментс измислио силицијумски транзистор. Германијумски транзистори су имали тенденцију да не успију на високим температурама, проблем који би се могао решити силицијумом.
До Теал-а нико није могао да произведе силициј с довољно чистом чистоћом да би заменио германијум, али након 1954, силицијум је почео заменити германијум у електронским транзисторима, а средином 1960-их, транзистори германија практично нису постојали.
Нове пријаве су требале доћи. Успех германија у раним транзисторима доводи до више истраживања и реализације инфрацрвених својстава германијума. На крају, ово је резултирало употребом металоида као кључне компоненте инфрацрвених (ИР) сочива и прозора.
Прве мисије Воиагеровог истраживања свемира покренутих 1970-их се ослањале на снагу произведену силицијум-германијумским (СиГе) фотонапонским ћелијама (ПВЦс). ПВЦијумови засновани на њемачком киселином су и даље критични за сателитске операције.
Развојне и експанзионе или оптичке мреже у деведесетим годинама довеле су до повећане потражње за германијумом, који се користи за формирање стакленог језгра оптичких каблова.
До 2000. године високо-ефикасни ПВЦ и светлеће диоде (ЛЕД), зависне од германијумских супстрата постале су велики потрошачи елемента.
Производња
Као и већина малих метала, германијум се производи као нуспроизвод прераде базних метала и није миниран као примарни материјал.
Германијум се најчешће производи од сфалеритних цинкалних руда, али је такође познат као екстракт из угљеног угља (произведен од термоелектрана) и неколико бакарних руда.
Без обзира на извор материјала, сви концентрати германија се прво пречишћавају применом процеса хлорисања и дестилације који производи германијум тетрахлорид (ГеЦл4). Затим се германијум тетрахлорид хидролизира и осуши, стварајући германијум диоксид (ГеО2). Оксид се затим редукује водоником како би се формирао метални прах од германија.
Прашум из германија је бачен у барове на температурама изнад 1720,85 ° Ф (938,25 ° Ц).
Зона рафинирања (процес топљења и хлађења) шипке изолују и уклањају нечистоће и, коначно, производе германијумске шипке високе чистоће. Комерцијални германијумски метали често су чисти од 99,999%.
Зона-рафинирани германијум се даље може одгајати у кристале, који се исече на танке комаде за употребу у полупроводницима и оптичким сочивима.
Америчка геолошка анкета (УСГС) процењује да глобална производња германија износи приближно 120 метричких тона у 2011. години (садржи германијум).
Процењује се да се 30% светске годишње производње германија рециклира из отпадних материјала, као што су пензионисане ИР сочива. Процењује се да се 60% германијума који се користи у ИР системима сада рециклира.
Највеће произвођаче германија предводи Кина, гдје су две трећине свих германија произведени у 2011. години. Остали главни произвођачи укључују Канаду, Русију, САД и Белгију.
Главни произвођачи германија укључују Тецк Ресоурцес Лтд. , Иуннан Линцанг Ксиниуан Германиум Индустриал Цо, Умицоре и Нањинг Германиум Цо.
Апликације
Према УСГС-у, примене германија могу се сврстати у 5 група (праћено приближним процентом укупне потрошње):
- ИР оптика - 30%
- Оптичка влакна - 20%
- Полиетилен терефталат (ПЕТ) - 20%
- Електронски и соларни - 15%
- Фосфор, металургија и органска - 5%
Кристали германија се узгајају и формирају у сочива и прозор за оптичке системе за ИР или термички снимање. Око половине свих таквих система, који су у великој мери зависни од војне потражње, укључују германијум.
Системи укључују мале ручне уређаје и уређаје који се монтирају на оружје, као и системи за монтирање возила на ваздух, копно и на мору. Уложени су напори да расте комерцијално тржиште за ИР системе засноване на германијуму, као што су аутомобили високог квалитета, али не-милитарне апликације и даље имају само око 12% потражње.
Германијум тетрахлорид се користи као допант - или адитив - повећање индекса рефракције у језгру од силикатног стакла оптичких линија. Укључивањем германија може се спријечити губитак сигнала.
Облици германија се такође користе у подлогама за производњу ПВЦ-а за свемирске (сателите) и копнене електричне енергије.
Подлози германија формирају један слој у вишеслојним системима који такође користе галијум, индијум фосфид и галијум арсенид. Такви системи, познати као концентрирани фотонапонски системи (ЦПВс) услед њихове употребе концентричних сочива који повећавају соларна светлост пре него што се претворе у енергију, имају високе ефикасне нивое, али су скупљи за производњу него кристални силицијум или бакар-индијум-галијум- диселенид (ЦИГС) ћелије.
Око 17 метричких тона германијум диоксида користи се као катализатор за полимеризацију у производњи ПЕТ пластике сваке године. ПЕТ пластика примарно се користи у храни, напитцима и течним контејнерима.
Упркос неуспјех као транзистор у 1950-их, германијум се сада користи у тандему с силиконом у транзисторским компонентама за неке мобилне телефоне и бежичне уређаје. СиГе транзистори имају већу брзину преласка и користе мање снаге него на технологији засновану на силикону. Једна апликација за крајње коришћење за СиГе чипове је у аутомобилским сигурносним системима.
Друге употребе за германијум у електроници укључују чипове фазне меморије, који замењују флеш меморију у многим електронским уређајима због својих предности уштеде енергије, као и на субстратима који се користе у производњи ЛЕД-а.
Извори:
УСГС. 2010 Минералс Иеарбоок: Германиум. Давид Е. Губерман.
хттп://минералс.усгс.гов/минералс/пубс/цоммодити/германиум/
Минорална метална трговачка асоцијација (ММТА). Германиум
хттп://ввв.ммта.цо.ук/металс/Ге/
ЦК722 Музеј. Јацк Вард.
хттп://ввв.цк722мусеум.цом/