Gitt Info op Properties, Geschicht, Produktioun an Applikatiounen
Germanium ass e rare sëlwerféierend Halbleiter-Metall, dat an Infrarot-Technologie, Glasfaserkabelen a Solarzellen benotzt gëtt.
Properties
- Atomic Symbol: Ge
- Atomic Nummer: 32
- Element Kategorie: Metalloid
- Densitéit: 5.323 g / cm3
- Schmelzpunkt: 1720.85 ° F (938.25 ° C)
- Kënnegoen: 5131 ° F (2833 ° C)
- Mohs Härheg: 6.0
Charakteristiken
Technesch, Germanium gëtt klasséiert als Metalo oder Halle-Metal. Een vun enger Grupp vun Elementer déi Besëtzer vun deenen Metalle an net-Metalle besëtzen.
An senger metallescher Form gëtt de germanium a sëlwer a faarf, brécheg.
Germanis seng eenzegaartegen Charakteristiken beinhalt eng Transparenz mat enger Infrarot-elektromagnetescher Bestrahlung (bei Wellenlängen tëscht 1600-1800 Nanometer), säin héichbrekrechend Index a seng geréng optesch Dispersioun.
De Metalloid ass och onzestallhal halektiv.
Geschicht
Demitri Mendeleev, de Papp vum Periodeschen Dësch, huet d'Existenz vun der Elementer Nummer 32, déi hie genanntes Ékasilikon , 1869 virgespillt huet. De 17 Joer méi spéit huet de Chemiker Clemens A. Winkler d'Element vun der rare mineraler Argyrodite entdeckt a isoléiert (Ag8GeS6). Hien huet den Element nom Heelland genannt, Däitschland.
Während den 1920er Joren huet d'Fuerschung an d'elektresch Eegeschaften vum Germanium zu der Entwécklung vu héichreinen, einfachkrystalleschen Germanium geiert. Eenzel-Kristallgermanium gouf als Rektifizéierungsdioden an Mikrowellenradare Receiver während dem Zweete Weltkrich benotzt.
Déi éischt kommerzieller Applikatioun vum Germanium koum nom Krich an no der Erfindung vun den Transistoren vum John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley bei Bell Labs am Dezember 1947.
An den nächste Joren hunn d'Germanium-enthaltend Transistoren hir Plaz an Telefonvermëttlung, militäresche Computer, Hörgeräte a portable Radios fonnt.
D'Wierder hunn no 1954 geännert, wéi Gordon Teal vun Texas Instruments e Siliziumtransistor erfonnt huet. Germanium-Transistoren hunn eng Tendenz fir bei héijer Temperaturen ze falen, e Problem deen mat Siliconen geléist gouf.
Bis zu Teal konnt keen Silizium mat enger héich genuch Rou produzéieren fir de germanium ze ersetzen, mee no 1954 gouf Silizium a germanium an elektroneschen transistoren ersat, a vun der Mëttel 1960er hunn Däitschium-Transistoren praktesch net existent.
Nei Apps hunn kommen. De Succès vun Germanium an de fréie Transistoren huet zu méi Recherche an d'Realiséierung vun den Infrarout-Eigenschaften vun de germanium gefeiert. Lescht huet de Metalloid als Schlësselelement vun Infrarot- (IR) Lënsen a Fensteren benotzt.
Déi éischt Voyager Space Exploratioun Missiounen déi an de 1970er Joren entwéekelt haten, baséiert op d'Energie déi duerch Silizium-Germanium (SiGe) photovoltaik Zellen produzéiert gouf (PVC). Germanium-baséiert PVCs sinn ëmmer kritesch fir Satellitebetriber.
D'Entwécklung an d'Expansioun oder Glasfaser-Netzwierker an de 1990er hunn zu enger verstäerkter Demande fir Germanium, déi benotzt fir den Glaskern vun Glasfaserkabel ze bilden.
Bis 2000 waren héich Effizienz PVCs an Leuchten-Dioden (LEDs) déi vun de germanium Substrat hänke gelooss hunn grouss Konsumenten vum Element.
Produktioun
Wéi déi meeschten kleng Metalle gëtt de germanium als Nebenprodukt vun der Basis-Raffinerie produzéiert a gëtt net als primär Material gemat.
Germanium ass am allgemengen aus Sphärerit Zinkerer produzéiert, awer och bekannt aus der Fléien Aachkohle (produzéiert aus Kuelegaskraaftpflanzen) a puer Kupferzéierer.
Egal wéi d'Materialquelle ginn all d'Niwwelkonzentraten zuerst a Chlorinéierung a Destillatiounsprozess gëftegt, deen Negativtetrachlorid (GeCl4) produzéiert. Germanium Tetrachlorid ass dann hydroliséiert an getrocknegt a produzéiert Germaniumdioxid (GeO2). D'Oxid gëtt dann mam Waasserstoff reduzéiert, fir d'germanium Metalpulver ze bilden.
Germaniumpulver gëtt an Bars bei Temperaturen iwwer 1720.85 ° F geleet (938.25 ° C).
D'Zone-Raffinatioun (e Prozess vu Schmelzen an Kühlen) d'Stärekéete isoléiert a verwéckt Onverpomme a schliisslech léisst energiespuereger Purity. Kommerziell Germanium Metal ass oft méi wéi 99.999% pure.
Zonen-raffinéiert germanium kann weider u Kristalle gewachsen ginn, déi an dënnst Stécker fir benotzten an Halbleiter a optesch Lënsen geschnidden sinn.
Déi global Produktioun vun Germanium ass geschätzte vun der US Geological Survey (USGS) fir eng 120 Millioune Tonnen am Joer 2011 (enge germanium).
Et schätzt datt 30% vun der jährlecher Jumulatiounsproduktioun vun der Welt aus Schrottmaterialien, wéi Récklinn-Lënsen, recycléiert ginn. Schätzend 60% vun deng IR-Systemer gëtt benotzt.
Déi gréisste germanium produzéierend Natiounen ginn vun China gefeiert, wou zwee Drëttel vum germanium goufen 2011 produzéiert. Aner grouss Produkter gehéieren Kanada, Russland, den USA an Belgien.
Grousste Juniorproduzenten enthalen d' Teck Resources Ltd. , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore an Nanjing Germanium Co.
Applikatiounen
Geméiss de USGS, Germanium Applikatiounen kënnen an 5 Gruppen klasséiert ginn (an duerno e ongefähle Prozentsaz vum totale Konsum):
- IR-Optik - 30%
- Fiber Optik - 20%
- Polyethylenterephthalat (PET) - 20%
- Elektronesch an Sonnestand - 15%
- Phosphor, Metallurgie a Bio - 5%
Germanium-Kristalle ginn ugewuess an ginn an Lënsen a Fënstere fir IR- oder Thermal-bildende optesch Systeme gebilt. Ongeféier d'Hälschent vun esou esou Systemer, déi staark vun der militärescher Demande abegraff sinn, beinhalt d'Germanium.
Systeme gehéieren kleng Hand- a Waffen montéiert Geräter, wéi och Loft-, Land- a Seeschockelsystem. Efforte ginn hannert dem kommerziellen Maart fir germanium-baséiert IR Systemen, wéi zum Beispill an Héichdéieren Autoen, awer keng militäresch Applikatiounen rechnen ëmmer nach iwwer 12% vun der Demande.
Germanium Tetrachlorid gëtt als Dopant oder Additiv benotzt - den Brechungsindex am Kieselglaskierper vun de Glasfaserlinien ze erhéijen. Duerch d'Integratioun vu Germanium, Signalverloscht verhënneren kann verhënnert ginn.
Form vun Germanium ginn och an Substrate benotzt fir PVCs fir souwuel opraumhalteg (Satellit) a terrestresch Energieproduktioun ze produzéieren.
Germanium-Substraten bilden eng Schicht an multilayer Systeme déi och Gallium, Indium Phosphor oder Gallium Arsenid benotzen. Dëse System, bekannt als konzentréiert Photovoltaik (CPV), wéinst der Konzentrierung vun Lënsen, déi den Sonnenlicht vergréissert, ier se zu Energie ëmgewandelt gëtt, hunn effiziente Niveauen, awer méi teuer ze fabrizéiere wéi d'Kristallin Silicium oder d'Kupfer-Indium-Gallium- Diseleid (CIGS) Zellen.
Ronn 17 Meter Tonnen Däitschiumdioxid gëtt all Joer als Polymeriséierungskatalysator bei der Fabrikatioun vu PET-Plastiken benotzt. PET Plastik gëtt haaptsächlech an Nahrung, Getränk a Flëssegkeete benotzt.
Trotz sengem Versoen als Transistor an den 1950er Joren ass Germanium elo a Tandem mat Siliconen an Transistorkomponenten fir e puer Telefonen a drahtlose Geräter. SiGe-Transistoren hunn méi Schaltimpedanzen a si benotzen manner Energie wéi d'Siliconen baséiert Technologie. Eng End-Applikatioun fir SiGe Chips ass an Autosécherheetssystemer.
Aner Utilisateure fir Däitschium an Elektronik gehéieren zu Phaserspeicherspäicher, déi duerch energiespuerende Virdeeler an e puer elektronesch Apparate ersetzen, wéi och an Substrate, déi bei der Produktioun vu LEDs benotzt ginn.
Quell:
USGS. 2010 Mineral Journée: Germanium. David E. Guberman.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Minor Metals Trade Association (MMTA). Germanium
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
CK722 Museum. Jack Ward.
http://www.ck722museum.com/