למד על גרמניום

גרמניום הוא מתכת מוליכים למחצה נדירים בצבע כסף, המשמשים בטכנולוגיית אינפרא אדום, כבלי סיבים אופטיים ותאים סולאריים.

תכונות אטומיות

• מספר אטומי: 32
• אלמנט קטגוריה: מטלואיד
• צפיפות: 5. 323 g / cm3
• נקודת התכה: 1720. 85 ° F (938). 25 ° C)
• נקודת רתיחה: 5131 ° F (2833 ° C)
• קשיות מוח: 6. 0
• תכונות

-> ->

מבחינה טכנית, גרמניום מסווג כמטלואידי או חצי מתכת. אחד מקבוצת אלמנטים בעלי תכונות של מתכות ולא של מתכות.

בצורתו המתכתית, הגרמניום הוא בצבע כסף, קשה ופריך.

המאפיינים הייחודיים של גרניום כוללים את שקיפותה לקרינה אלקטרומגנטית אינפרה-אדומה הקרובה (באורך גל בין 1600-1800 ננומטר), את מקדם השבירה הגבוה שלה ואת הפיזור האופטי הנמוך.

את metalloid הוא גם intrinsically מוליך למחצה.

היסטוריה

דמיטרי מנדלייב, אביו של הטבלה המחזורית, ניבא את קיומו של אלמנט מספר 32, אשר הוא כינה

ekasilicon , בשנת 1869. שבע עשרה שנים מאוחר יותר כימאי קלמנס א וינקלר גילה ומבודד אלמנט מן argyrodite מינרליים נדירים (Ag8GeS6). הוא כינה את האלמנט אחרי מולדתו, גרמניה. במהלך 1920, מחקר על התכונות החשמליות של גרמניום הביאה לפיתוח של טוהר גבוהה, גרמניום בודד. גרניום יחיד קריסטל שימש דימות מתקנת מקלטי מכ"ם במיקרוגל במהלך מלחמת העולם השנייה.

- <->

הבקשה המסחרית הראשונה לגרמניום באה לאחר המלחמה, בעקבות המצאת הטרנזיסטורים של ג'ון ברדין, וולטר ברטאין וויליאם שוקלי במעבדות בל בדצמבר 1947.

בשנים שלאחר , טרנזיסטורים המכילים גרמניום מצאו את דרכם לתוך ציוד מיתוג טלפוני, מחשבים צבאיים, מכשירי שמיעה ורדיו נייד.

דברים החלו להשתנות לאחר 1954, עם זאת, כאשר גורדון Teal של טקסס אינסטרומנטס המציא טרנזיסטור סיליקון. טרנזיסטורים גרמניום היה נטייה להיכשל בטמפרטורות גבוהות, בעיה שיכולה להיפתר עם סיליקון.

עד טייל, אף אחד לא היה מסוגל לייצר סיליקון עם טוהר גבוה מספיק כדי להחליף גרמניום, אבל אחרי 1954 החל סיליקון להחליף גרמניום טרנזיסטורים אלקטרוניים, ועל ידי אמצע 1960, טרנזיסטורים גרמניום היו כמעט לא קיים.

יישומים חדשים היו אמורים לבוא. ההצלחה של גרמניום טרנזיסטורים מוקדם הוביל מחקר נוסף ומימוש של תכונות אינפרא אדום של גרמניום. בסופו של דבר, זה הביא את metalloid בשימוש כמרכיב מפתח של עדשות אינפרא אדום (IR) ו חלונות.

משימות החיפוש הראשון של וויאג'ר לחקר החלל שהושקו בשנות ה -70 הסתמכו על כוח המיוצר על ידי תאים פוטו-וולטאיים סיליקון-גרמניום (SiGe).גרמניום מבוססי PVC עדיין קריטי לפעולות הלוויין.

פיתוח והרחבה או סיבים אופטיים רשתות בשנות ה -90 הובילה ביקוש מוגבר לגרמניום, אשר משמש כדי ליצור את ליבת הזכוכית של כבלי סיבים אופטיים.

עד שנת 2000, דיודות LED בעלות יעילות גבוהה ודיודות פולטות אור (LED) התלויות במצעי גרניום הפכו לצרכנים גדולים של האלמנט.

ייצור

כמו רוב המתכות הקטנות, הגרמניום מיוצר כתוצר לוואי של זיקוק מתכת בסיס ואינו ממוקש כחומר ראשוני.

גרמניום הוא הנפוץ ביותר של עפרות אבץ sphalerite אבל ידוע גם להיות מופק פחם אפר פחם (המיוצר תחנות כוח פחם) וכמה עפרות נחושת.

ללא קשר למקור החומר, כל התרכובות גרניום הם מטוהרים הראשון באמצעות תהליך כלור זיקוק המייצר גרמניום tetrachloride (GeCl4). גרמניום tetrachloride הוא hydrolyzed ואז מיובש, הפקת גרניום דו חמצני (GeO2). תחמוצת מופחתת מכן עם מימן כדי ליצור אבקת מתכת גרמניום.

אבקת גרמניום מוטלת לתוך מוטות בטמפרטורות מעל 1720. 85 ° F (938. 25 ° C).

זיקוק אזור (תהליך של כור היתוך וקירור) ברים מבודד ומסיר זיהומים, ובסופו של דבר, מייצר ברים גרמניות גבוהה טוהר. מסחרי גרמניום מתכת הוא לעתים קרובות יותר מ 99. 999% טהור.

גרניום מזוקק אזור יכול עוד להיות גדלים לתוך גבישים, אשר פרוסים לחתיכות דקות לשימוש מוליכים למחצה עדשות אופטיות.

הייצור הגלובלי של גרמניום נאמד על ידי ארה"ב הגיאולוגי סקר (USGS) להיות בערך 120 טון מטרי בשנת 2011 (מכיל גרמניום).

מעריכים כי 30% מהייצור הגרמניום השנתי בעולם ממוחזר מחומרי גרוטאות, כגון עדשות IR בדימוס. כ -60% מהגרניום המשמש במערכות אינפרא אדום ממוחזר כעת.

המדינות הגרמניות הגדולות בייצור הן מובילות על ידי סין, שם שני שלישים של כל גרמניום הופק בשנת 2011. יצרנים גדולים אחרים כוללים קנדה, רוסיה, ארה"ב, ובלגיה.

יצרנים גרניום העיקריים כוללים Teck משאבים בע"מ, יונאן לינקנג Xinyuan גרמניום תעשייתי ושות ', Umicore ונאנג'ינג גרמניום ושות'

יישומים

על פי USGS, יישומים גרמניום יכול להיות מסווג לתוך 5 קבוצות (ואחריו אחוזי הצריכה הכוללת):

אופטי אופטיקה - 30%

1. סיבים אופטיים - 20%
2. פוליאתילן terephthalate (PET) - 20%
3. אלקטרונית וסולרית - 15%
4. פוספור, מטלורגיה אורגני - 5%
5. קריסטלים גרמניום גדלים ויצרו לתוך עדשות חלון עבור מערכות אופטיות תרמיות או IR. כמחצית מכלל מערכות כאלה, אשר תלויים במידה רבה על הביקוש הצבאי, כולל גרמניום.

המערכות כוללות התקני כף יד קטנים ומתקני נשק, וכן מערכות אוויר, קרקע וים מבוססות רכבים. נעשו מאמצים לגדל את השוק המסחרי עבור מערכות IR מבוססות גרמניום, כגון במכוניות יוקרתיות, אך יישומים לא-צבאיים מהווים עדיין רק כ -12% מהביקוש.

גרמניום tetrachloride משמש דופנט - או תוסף - כדי להגדיל את המדד השבירה של הליבה זכוכית סיליקה של סיבים אופטיים קווים. על ידי שילוב גרמניום, אובדן האות מנע ניתן למנוע.

צורות של גרמניום משמשים גם מצעים לייצור PVC עבור שניהם מבוססי חלל (לוויינים) ו הדור הארצי.

גרמניום מצעים טופס שכבה אחת במערכות multilayer כי גם להשתמש גליום, אינדיום זרחן, ו arsenide גליום. מערכות אלה, הידועות בשם photovoltaics מרוכזים (CPV) עקב השימוש שלהם עדשות ריכוז המגדילות את האור השמש לפני שהוא מומרים לאנרגיה, יש רמות יעילות גבוהה, אבל הם יקרים יותר לייצור מאשר סיליקון גבישי או נחושת אינדיום גליום, diselenide (סיגריות) תאים.

כמעט 17 טון מטרי של גרניום דו חמצני משמש זרז פילמור בייצור של PET פלסטיק מדי שנה. פלסטיק PET משמש בעיקר מזון, משקאות, ומיכלים נוזליים.

למרות כישלונה כטרנזיסטור בשנות החמישים, הגרמניום משמש כיום בד בבד עם סיליקון ברכיבים טרנזיסטורים עבור חלק מהטלפונים הסלולריים והתקנים אלחוטיים. טרנזיסטורים SiGe יש מהירויות מעבר גבוהות יותר ולהשתמש פחות כוח מאשר טכנולוגיה מבוססת סיליקון. אחד לשימוש קצה היישום עבור שבבי SiGe הוא מערכות בטיחות הרכב.

שימושים אחרים עבור גרמניום בתחום האלקטרוניקה כוללים שבבי זיכרון פאזה, אשר מחליפים זיכרון פלאש במכשירים אלקטרוניים רבים בשל היתרונות שלהם חיסכון באנרגיה, כמו גם מצעים המשמשים בייצור של נוריות.

מקורות:

_{USGS. 2010 מינרלים שנתון: גרמניום. דוד א. גוברמן.}

_{// מינרלים. usgs. gov / מינרלים / פאבים / סחורה / גרמניום /}
מתכות מתכות האגודה (MMTA). גרמניום

_{// www. מ"מ. שיתוף. uk / מתכות / Ge /}
מוזיאון CK722. ג 'ק וורד.

_{// www. ck722museum. com /}