Alamin ang Tungkol sa Germanium

Germanium ay isang bihirang, silver-colored semiconductor metal na ginagamit sa infrared technology, fiber optic cables, at solar cells.

Ari-arian

• Atomic Symbol: Ge
• Atomic Number: 32
• Kategorya ng Elemento: Metalloid
• Densidad: 5.323 g / cm3
• Temperatura ng pagkatunaw: 1720.85 ° F (938.25 ° C)
• Boiling Point: 5131 ° F (2833 ° C)
• Mohs tigas: 6.0

Mga katangian

Sa teknikal, ang germanyum ay inuri bilang metalloid o semi-metal. Isa sa isang pangkat ng mga sangkap na nagtataglay ng mga katangian ng parehong mga metal at non-riles.

Sa kanyang metal na anyo, ang germanyum ay pilak sa kulay, matigas, at malutong.

Ang mga natatanging katangian ng Germanium ay kinabibilangan ng transparency nito hanggang sa malapit sa infrared electromagnetic radiation (sa wavelengths sa pagitan ng 1600-1800 nanometers), ang mataas na repraktibo index nito, at ang mababang optical dispersion nito.

Ang metalloid ay intrinsically semiconductive din.

Kasaysayan

Si Demitri Mendeleev, ang ama ng periodic table, ay hinulaan ang pagkakaroon ng numero ng elemento na 32, na pinangalanan niya ekasilicon , noong 1869. Labing pitong taon na ang lumipas ang chemist na si Clemens A. Winkler ay natuklasan at nakahiwalay sa elemento mula sa bihirang mineral argyrodite (Ag8GeS6). Pinangalanan niya ang sangkap pagkatapos ng kanyang tinubuang-bayan, Alemanya.

Noong 1920s, ang pananaliksik sa mga electrical properties ng germanyum ay nagdulot ng pag-unlad ng mataas na kadalisayan, single-crystal germanium. Ang single-crystal germanium ay ginamit bilang rectifying diodes sa receiver ng radar ng microwave sa panahon ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig.

Ang unang komersyal na aplikasyon para sa germanium ay dumating pagkatapos ng digmaan, kasunod ng pag-imbento ng mga transistors nina John Bardeen, Walter Brattain, at William Shockley sa Bell Labs noong Disyembre ng 1947. Sa mga sumusunod na taon, natagpuan ang mga transistors na may germanyum sa kanilang paglipat ng telepono , mga computer sa militar, mga hearing aid at portable radios.

Ang mga bagay ay nagsimulang baguhin pagkatapos ng 1954, gayunpaman, nang imbento si Gordon Teal ng Texas Instruments ng isang silikon transistor. Ang mga transistors ng Germanium ay may pagkahilig sa mataas na temperatura, isang problema na maaaring malutas sa silikon. Hanggang kay Teal, walang sinuman ang nakagawa ng silikon na may mataas na kadalisayan upang palitan ang germanyum, ngunit pagkatapos ng 1954 ay nagsimula ang pagpapalit ng silikon sa germanyum sa mga elektronikong transistors, at noong kalagitnaan ng 1960, ang mga transistors ng germanium ay halos hindi umiiral.

Ang mga bagong aplikasyon ay darating. Ang tagumpay ng germanyum sa mga unang transistors ay humantong sa higit pang pananaliksik at ang pagsasakatuparan ng infrared properties ng germanium. Sa huli, nagresulta ito sa metalloid na ginagamit bilang pangunahing sangkap ng infrared (IR) lenses at mga bintana.

Ang unang Voyager space exploration mission na inilunsad noong dekada 1970 ay umaasa sa kapangyarihan na ginawa ng mga silikon-germanyum (SiGe) photovoltaic cells (PVCs). Ang mga Germanium-based PVCs ay kritikal pa rin sa mga operasyon ng satellite.

Ang pag-unlad at pagpapalawak o mga fiber optic network noong dekada ng 1990 ay humantong sa pagtaas ng demand para sa germanyum, na ginagamit upang mabuo ang core glass ng fiber optic cable.

Noong 2000, ang mga high-efficiency PVCs at light-emitting diodes (LEDs) na nakasalalay sa mga substansiya ng germanyum ay naging malalaking mamimili ng elemento.

Produksyon

Tulad ng karamihan sa mga menor de edad riles, germanyum ay ginawa bilang isang by-produkto ng base metal pagpino at hindi mined bilang isang pangunahing materyal.

Ang Germanium ay karaniwang ginagamit mula sa sphalerite zinc ores ngunit kilala rin na kinuha mula sa fly ash ng karbon (ginawa mula sa mga halaman ng karbon ng kuryente) at ilang mga tansong ores.

Anuman ang pinagmumulan ng materyal, ang lahat ng concentric germanyum ay unang nalinis gamit ang chlorination at proseso ng paglilinis na gumagawa ng germanium tetrachloride (GeCl4). Ang Germanium tetrachloride ay pagkatapos ay hydrolyzed at tuyo, na gumagawa ng germanium dioxide (GeO2). Pagkatapos ay nabawasan ang oksido na may hydrogen upang bumuo ng germanyum metal powder.

Ang Germanium pulbos ay itinapon sa mga bar sa mga temperatura sa 1720.85 ° F (938.25 ° C).

Ang pagpino ng zone (isang proseso ng pagkatunaw at paglamig) ang mga bar ay nakahiwalay at nag-aalis ng mga impurities at, sa huli, ay gumagawa ng mataas na purity germanyum bar. Ang komersyal na germanyum metal ay kadalasang higit sa 99.999% na dalisay.

Ang pinaliit na germanyum ng Zone ay maaaring higit na lumaki sa mga ba ay kristal, na hiniwa sa mga manipis na piraso para gamitin sa semiconductors at optical lenses.

Ang global na produksyon ng germanyum ay tinatantya ng US Geological Survey (USGS) na halos humigit-kumulang 120 metrikong tonelada noong 2011 (naglalaman ng germanyum).

Tinatayang 30% ng taunang produksiyon ng germanyum sa mundo ay recycled mula sa mga materyales ng scrap, tulad ng mga retiradong IR lens. Ang tinatayang 60% ng germanyum na ginagamit sa mga sistema ng IR ay recycled na ngayon.

Ang pinakamalaking bansa ng paggawa ng germanyum ay pinangunahan ng Tsina, kung saan dalawang-ikatlo ng lahat ng germanyum ay ginawa noong 2011. Iba pang mga pangunahing producer ay kinabibilangan ng Canada, Russia, USA, at Belgium.

Kabilang sa mga pangunahing producer ng germanyum ang Teck Resources Ltd., Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore at Nanjing Germanium Co.

Mga Application

Ayon sa USGS, ang mga aplikasyon ng germanyum ay maaaring mauri sa 5 grupo (sinusundan ng isang tinatayang porsyento ng kabuuang konsumo):

1. IR optika - 30%
2. Fiber Optics - 20%
3. Polyethylene terephthalate (PET) - 20%
4. Electronic at solar - 15%
5. Phosphors, metalurhiya at organic - 5%

Ang Germanium crystals ay lumago at nabuo sa mga lente at bintana para sa IR o thermal imaging optical system. Tungkol sa kalahati ng lahat ng naturang mga sistema, na kung saan ay nakasalalay sa mabigat na pangangailangan sa militar, isama ang germanyum.

Kasama sa mga system ang mga maliliit na hand-held device at aparatong armas, pati na rin ang mga naka-mount na system na naka-mount sa hangin, lupa, at naka-dagat.Ang mga pagsisikap ay ginawa upang palaguin ang komersyal na merkado para sa mga sistema ng IR batay sa germanium, tulad ng sa mga high-end na mga kotse, ngunit ang mga nonmilitary na mga application ay umaabot lamang ng tungkol sa 12% ng demand.

Ang Germanium tetrachloride ay ginagamit bilang isang dopant - o magkakasama - upang madagdagan ang repraktibo index sa silica glass core ng fiber-optic na linya. Sa pamamagitan ng pagsasama ng germanyum, maiiwasan ang pagkawala ng signal ay maiiwasan.

Ang mga form ng germanium ay ginagamit din sa substrates upang makabuo ng PVCs para sa parehong space-based (satellites) at panlupa kapangyarihan henerasyon.

Ang Germanium substrates ay bumubuo ng isang layer sa mga multilayer system na gumagamit din ng gallium, indium phosphide, at gallium arsenide. Ang ganitong mga sistema, na kilala bilang puro photovoltaics (CPVs) dahil sa kanilang paggamit ng mga konsentrating lenses na magnify ang solar na ilaw bago ito ay convert sa enerhiya, may mataas na antas ng kahusayan ngunit mas mahal sa paggawa kaysa sa mala-kristal silikon o tanso-indium-galyum- i-diselenide (CIGS) cells.

Halos 17 metriko tonelada ng germanium dioxide ang ginagamit bilang isang katalista ng polimerisasyon sa produksyon ng PET plastic bawat taon. Ang plastik na PET ay pangunahing ginagamit sa pagkain, inumin, at mga likidong lalagyan.

Sa kabila ng kabiguan nito bilang isang transistor noong 1950s, ginagamit ngayon ang germanyum sa magkasunod na silikon sa mga sangkap ng transistor para sa ilang mga cell phone at wireless na aparato. Ang mga transistors ng SiGe ay may mas malaking bilis ng paglipat at gumamit ng mas kaunting kapangyarihan kaysa sa teknolohiya na batay sa silikon. Ang isang application ng end-use para sa SiGe chips ay nasa mga automotive safety system.

Iba pang mga gamit para sa germanyum sa elektronika ay kasama sa phase memory chips, na pinapalitan ang flash memory sa maraming mga elektronikong aparato dahil sa kanilang mga benepisyo sa pag-save ng enerhiya, pati na rin sa mga substrates na ginagamit sa produksyon ng mga LEDs.

_Pinagmulan:

_{USGS. 2010 Minerals Yearbook: 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/