Saznajte više o Germaniumu

Germanium je rijedak, srebrni poluvodički metal koji se koristi u infracrvenoj tehnologiji, svjetlovodnih kabela i solarnih ćelija.

Nekretnine

• Atomski simbol: Ge
• Atomski broj: 32
• Kategorija elemenata: Metalloid
• Gustoća: 5,323 g / cm3
• Talište: 1720,85 ° F (938,25 ° C)
• Točka vrenja: 5131 ° F (2833 ° C)
• Mohsova tvrdoća: 6.0

Karakteristike

Tehnički, germanium je klasificiran kao metaloid ili polometal. Jedna od grupa elemenata koji posjeduju svojstva oba metala i nemetala.

U svom metalnom obliku, germanija je srebrna boja, tvrda i lomljiva.

Germaniumove jedinstvene karakteristike uključuju njegovu transparentnost pri blizini infracrvenog elektromagnetskog zračenja (na valnim dužinama između 1600-1800 nanometara), njegov visoki indeks loma i nisku optičku disperziju.

Metaloid je također inherentno poluvodički.

Povijest

Demitri Mendeleev, otac periodičkog stola, predvidio je postojanje elementa broj 32, kojeg je nazvao ekasilicon , 1869. godine. Sedamnaest godina kasnije kemičar Clemens A. Winkler otkrio je i izolirao element iz rijetke mineralne argyrodite (Ag8GeS6). Nazvao je element nakon svoje domovine, Njemačka.

Tijekom 1920-ih, istraživanje električnih svojstava germanija rezultiralo je razvojem velike čistoće, jednolančastog germanija. Jedno-kristalni germanium je korišten kao ispravljajući diodama u mikrovalnim radarskim prijemnicima tijekom Drugog svjetskog rata.

Prva komercijalna aplikacija za germanija došla je poslije rata, nakon izuma transistora John Bardeen, Walter Brattain i William Shockley u Bell Labsu u prosincu 1947. godine. U godinama koje slijede, transistori koji su sadržavali germanija pronašli su svoj put u telefonsku komutacijsku opremu , vojna računala, slušna pomagala i prijenosni radio.

Stvari su se počele mijenjati nakon 1954. godine, kada je Gordon Teal iz Texas Instrumentsa izumio silicijski tranzistor. Germijanski tranzistori su imali tendenciju neuspjeha pri visokim temperaturama, problem koji bi se mogao riješiti silicijem. Do Teal, nitko nije uspio proizvesti silicij s dovoljno visokom čistoćom da zamijeni germanij, ali nakon 1954. silicij je počeo zamijeniti germanija u elektroničkim tranzistorima, a sredinom šezdesetih godina germanijska tranzistora gotovo da nisu postojala.

Nove će aplikacije doći. Uspjeh germanija u ranijim tranzistorima dovodi do više istraživanja i realizacije infracrvenih svojstava germanija. U konačnici, to je rezultiralo metalloidom koji se koristi kao ključna komponenta infracrvenih (IR) leća i prozora.

Prve voyage istraživačke misli Voyager pokrenute 1970-ih godina oslanjale su se na energiju proizvedenu od silikonskih-germanija (SiGe) fotonaponskih ćelija (PVC). Germani na bazi PVC-a i dalje su ključni za satelitske operacije.

Razvoj i širenje ili svjetlovodne mreže u 1990-ima doveli su do povećane potražnje za germanium, koji se koristi za oblikovanje staklene jezgre svjetlovodnih kabela.

Do 2000. godine, visokoučinkoviti PVC i svjetlosne diode (LED), ovisno o substancama germanija, postali su veliki potrošači elementa.

Proizvodnja

Kao i većina malih metala, germanium se proizvodi kao nusproizvod rafiniranja osnovnog metala i nije miniran kao primarni materijal.

Germanium je najčešće proizveden iz rudačnih cinkovih sapela, ali se također zna da je izvađen iz ugljena iz ledenog pepela (proizvedenog iz elektrana ugljena) i nekih bakrenih ruda.

Bez obzira na izvor materijala, svi koncentrati germanija najprije se pročiste pomoću postupka kloriranja i destilacije koji proizvodi tetraklorid germanija (GeCl4). Germanijev tetraklorid je zatim hidroliziran i sušen, stvarajući germanij dioksid (GeO2). Oksid se zatim reducira s vodikom kako bi se oblikovao metalni prašak germanija.

Germanijev prašak je bačen u šipke na temperaturama iznad 1720,85 ° F (938,25 ° C).

Pročišćavanje zona (proces taljenja i hlađenja) šipke izoliraju i uklanjaju nečistoće i, u konačnici, proizvode visoki stupanj čistoće germanija. Komercijalni germanijski metal često je više od 99,999% čistog.

Proziran germanij u zoni može se nadalje uzgajati u kristale, koji se presijecaju u tanke komade za upotrebu u poluvodičima i optičkim lećama.

Globalna proizvodnja germanija procjenjuje US Geological Survey (USGS) da bude oko 120 tona u 2011. godini (sadrži germanij).

Procjenjuje se da će 30% godišnje godišnje proizvodnje germanija biti reciklirano od otpadnih materijala, kao što su umišljene IR leće. Procjenjuje se da 60% germanija koji se koristi u IR sustavima sada reciklira.

Najveće zemlje koje proizvode germanium proizvode Kina, gdje je proizvedeno dvije trećine svih germanija u 2011. godini. Ostali glavni proizvođači su Kanada, Rusija, SAD i Belgija.

Glavni proizvođači germanija uključuju Teck Resources Ltd., Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore i Nanjing Germanium Co.

Prijave

Prema USGS-u, aplikacije germanija mogu se svrstati u 5 skupina (slijede približni postotak ukupne potrošnje):

1. IR optika - 30%
2. Optička vlakna - 20%
3. Polietilentereftalat (PET) - 20%
4. Elektronički i solarni - 15%
5. Fosfor, metalurgija i organski - 5%

Germanijevi kristali se uzgajaju i formiraju u leće i prozor za optičke sustave infracrvenog ili toplinskog snimanja. Oko polovice takvih sustava, koje su jako ovisne o vojnoj potražnji, uključuju germanij.

Sustavi uključuju male ručne i oružane uređaje, kao i zrak, zemlju i sustave na vozilu na moru.Nastojali su se razvijati komercijalno tržište za infracrvene sustave temeljene na germaniumima, kao što su u high-end automobilima, no neillitarne aplikacije ipak predstavljaju samo oko 12% potražnje.

Germanijev tetraklorid se koristi kao dopain - ili aditiv - da se poveća indeks loma u silika staklenoj jezgri svjetlovodnih linija. Uključivanjem germanija, sprečavanje gubitka signala može se spriječiti.

Oblici germanija također se koriste u podlogama za proizvodnju PVC-a za prostorno (satelitski) i zemaljsku proizvodnju energije.

Germanijevi supstrati tvore jedan sloj u višeslojnim sustavima koji također koriste galij, indij fosfid i galijev arsenid. Takvi sustavi, poznati kao koncentrirani fotonaponi (CPV) zbog njihove upotrebe koncentrirajućih leća koja povećavaju sunčevu svjetlost prije nego se pretvore u energiju, imaju visoku razinu učinkovitosti, ali su skuplje za proizvodnju nego kristalinični silicij ili bakar-indij-galijev- diselenida (CIGS).

Oko 17 tona tona germanij dioksida koristi se kao polimerizacijski katalizator u proizvodnji PET plastike svake godine. PET plastika primarno se koristi u hrani, piću i tekućim spremnicima.

Unatoč neuspjehu kao tranzistoru 1950-ih, germanija se sada koristi zajedno s silicijem u tranzistorskim komponentama za neke mobitele i bežične uređaje. SiGe tranzistori imaju veću brzinu prebacivanja i koriste manje energije od tehnologije na bazi silicija. Jedna aplikacija za krajnje korištenje za SiGe čipove je u sigurnosnim sustavima za automobilsku industriju.

Ostale koristi za germanium u elektronici uključuju u fazama memorijske čipove, koje zamjenjuju flash memoriju u mnogim elektroničkim uređajima zbog svojih prednosti koje štite energiju, kao i na podlogama koje se koriste u proizvodnji LED dioda.

_izvori:

_{USGS. 2010 Minerali Godišnjak: Germanium. David E. Guberman.}http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/

_{Trgovinsko udruženje malih metala (MMTA). germanijum}http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/

_{Muzej CK722. Jack Ward.}http://www.ck722museum.com/