Dozvíte se o germánii

Germanium je vzácný stříbrný kovový polovodič, který se používá v infračervené technologii, optických kabelech a solárních článcích.

Vlastnosti

• Atomový symbol: Ge
• Atomové číslo: 32
• Prvek kategorie: Metalloid
• Hustota: 5.323 g / cm3
• . 25 ° C)
• Bod varu: 5131 ° F (2833 ° C)
• Mohs tvrdost: 6. 0

Vlastnosti

Technicky je germanium klasifikováno jako metaloid nebo polokov. Jedna ze skupiny prvků, které mají vlastnosti kovů i nekovů.

V jeho kovové podobě je germán stříbrný, tvrdý, křehký.

Unikátní charakteristiky germánu zahrnují jeho průhlednost vůči infračervenému elektromagnetickému záření (při vlnových délkách mezi 1600-1800 nanometry), vysokému indexu lomu a nízké optické disperzi.

Metalloid je také vnitřně polovodičový.

Historie

Demetri Mendeleev, otec periodické tabulky, předpověděl existenci prvku číslo 32, který jmenoval ekasilikon , v roce 1869. O sedmnáct let později chemik Clemens A. Winkler objevil a izoloval element ze vzácného minerálního argyroditu (Ag8GeS6). On pojmenoval prvek po své vlasti, v Německu.

Během dvacátých lét, výzkum elektrických vlastností germánia vedl k vývoji vysoce čistého, jednokrystalového germania. Jednokrystalické germanium bylo používáno jako rektifikační diody v mikrovlnných radarových přijímačích během druhé světové války.

První komerční žádost o germanium přišla po válce po vynálezech tranzistorů John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley v laboratořích Bell Labs v prosinci 1947.

V následujících letech , tranzistory obsahující germanium našly cestu do telefonního přepínače, vojenských počítačů, sluchadel a přenosných rádií.

Věci se začaly měnit po roce 1954, kdy Gordon Teal z Texas Instruments vynalezl silikonový tranzistor. Germanium tranzistory měly tendenci k selhání při vysokých teplotách, problém, který by mohl být řešen křemíkem.

Až do roku Teal nikdo nedokázal vyrábět křemík s dostatečně vysokou čistotou nahradit germánium, ale po roce 1954 začal křemík nahrazovat germanium v ​​elektronických tranzistorech a až do poloviny šedesátých let byly prakticky neexistující tranzistory germania.

Byly přijaty nové aplikace. Úspěch germánia v časných tranzistorech vedl k většímu výzkumu a realizaci germánských infračervených vlastností. Nakonec to mělo za následek, že metaloid je používán jako klíčová součást infračervených (IR) čoček a oken.

První průzkumné vesmírné mise Voyager zahájené v sedmdesátých letech se opíralo o sílu vyrobenou fotovoltaickými články z křemík-germania (SiGe).PVCs na bázi germánie jsou stále rozhodující pro družicové operace.

Vývoj a rozšiřování nebo optické sítě v 90. letech vedly k vyšší poptávce po germaniu, které se používají k vytvoření skleněného jádra optických kabelů.

Do roku 2000 se vysoce efektivní PVC a světelné diody (LED) závislé na substrátech germania staly velkými spotřebiteli prvku.

Výroba

Stejně jako většina menších kovů je germanium vyráběn jako vedlejší produkt rafinace základních kovů a není těžován jako primární materiál.

Germánium je nejčastěji vyráběno ze slezinných rud, ale je také známo, že je získáváno z popílku (vyráběného z uhelných elektráren) a některých měděných rud.

Bez ohledu na zdroj materiálu jsou všechny germaniumové koncentráty nejprve čištěny za použití chloračního a destilačního procesu, který produkuje chlorid germanium (GeCl4). Poté se chlorid germanium hydrolyzuje a suší, čímž se získá oxid křemičitý (GeO2). Oxid se pak redukuje vodíkem za vzniku prášku kovového germania.

Prášek germania se odlije na tyče při teplotách nad 1720 ° C (938. 25 ° C).

Zušlechťování zón (proces roztavení a chlazení) tyčinky izolují a odstraňují nečistoty a nakonec produkují tyčinky germanium s vysokou čistotou. Komerční germanium kov je často více než 99. čistý 999%.

Rafinovaný zónový germanium může být dále pěstován do krystalů, které jsou nakrájeny na tenké části pro použití v polovodičích a optických čočkách.

Celosvětová produkce germánia byla podle odhadů amerického Geologického průzkumu (USGS) zhruba 120 metrických tun v roce 2011 (obsahující germánium).

Odhaduje se, že 30% světové roční produkce germánií je recyklováno ze šrotovných materiálů, jako jsou infračervené čočky v důchodu. Odhaduje se, že 60% germania používaných v IR systémech je nyní recyklováno.

Největší země produkující germanium jsou vedeny Čínou, kde se v roce 2011 vyráběly dvě třetiny německých germánů. Mezi další významné výrobce patří Kanada, Rusko, USA a Belgie.

Hlavní výrobci germánie zahrnují firmy Teck Resources Ltd., Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore a Nanjing Germanium Co.

Aplikace

Podle USGS lze žádosti o germanium rozdělit do 5 skupin 10%

Optické vlákna - 20%

1. Polyethylentereftalát (PET) - 20%
2. Elektronické a solární - 15%
3. Fosfor, metalurgie organické - 5%
4. krystaly germánia se pěstují a formují do čoček a oken pro IR nebo tepelné zobrazovací optické systémy. Asi polovina všech takových systémů, které jsou silně závislé na vojenské poptávce, zahrnuje germanium.
5. Systémy zahrnují malé ruční a zbraně namontované zařízení, stejně jako vzduchové, pozemní a námořní systémy namontované na vozidle. Bylo vynaloženo úsilí na růst obchodního trhu s infračervenými systémy na bázi germánie, jako například u high-end automobilů, avšak nevojenské aplikace stále představují pouze asi 12% poptávky.

Jako přísada - nebo přísada - se používá chlorid germanium ke zvýšení indexu lomu v jádru oxidu křemičitého z optických vláken. Začleněním germánia je možné zabránit ztrátě signálu.

Formy germania se používají také v substrátech k výrobě PVC pro vesmírnou (družici) a pozemní výrobu energie.

Substráty germania tvoří jednu vrstvu v vícevrstvých systémech, které také používají gálium, fosfid indium a arsenid gallia. Takové systémy, známé jako koncentrované fotovoltaiky (CPV), díky použití koncentračních čoček, které zvětšují sluneční světlo před jeho přeměnou na energii, mají vysokou účinnost, ale jsou nákladnější k výrobě než krystalický křemík nebo měď-indium-gallium- diselenidové (CIGS) buňky.

Zhruba 17 metrických tun oxidu germaniumu se používá jako polymerizační katalyzátor při výrobě PET plastů každý rok. PET plast se používá především v nádobách na potraviny, nápoje a kapaliny.

Přes jeho selhání jako tranzistor v padesátých letech, je germanium nyní používáno v tandemu s křemíkem v tranzistorových součástech pro některé mobilní telefony a bezdrátová zařízení. Tranzistory SiGe mají vyšší spínací otáčky a využívají méně energie než technologie založená na křemíku. Jedna konečná aplikace pro čipy SiGe je v automobilových bezpečnostních systémech.

Jiné použití germánu v elektronice zahrnuje fázové paměťové čipy, které nahrazují flash paměť v mnoha elektronických zařízeních díky svým výhodám při úsporách energie, stejně jako v substrátech používaných při výrobě LED.

Zdroje:

USGS. 2010 Ročenka minerálů: Germanium. David E. Guberman.

_{// minerály. usgs. gov / nerosty / hospody / komodita / germanium /}

_{Obchodní sdružení malých kovů (MMTA). Germanium}
// www. mmta. co. uk / kovy / Ge /

_{CK722 muzeum. Jack Ward.}
// www. ck722museum. com /