Aghjunghje infurmazioni nantu à a pruprietà, storia, pruduzione è applicazioni
U Germanniu hè un rinuverimentu di metallu semicuttulu culuritu chì si usa in tecnulugia infrared, cumbattiti di fibra ottica, e cilesti solidi.
Pruprietà
- U simbulu atomicu: Ge
- Atomic Number: 32
- Elementu Category: Metaloide
- Densità: 5.323 g / cm3
- U Melting Point: 1720.85 ° F (938.25 ° C)
- Punt d'ebbulenza: 5131 ° F (2833 ° C)
- Mohs durezza: 6.0
Caratteristiche
Scientistici, germanu hè classificatu cum'è metalloide o semi-metal. Unu di un gruppu d'elementi chì possanu pruprietà di e metalli è di non metalli.
In a so forma metàlica, u germanu hè in argentu, duru è frutti.
I caractères uniquesi di u germanu include a trasparenza à a radiazioni elettromagnetica infraredata vicinu (à longhi d'onda da l'altura di u 1600-1800 nanometru), u so indirecte di refrattive, è a so scuperte ottica ottica.
U metale hè ancu intruziunmente semiculuttivu.
Storia
Demitri Mendeleev, u babbu di a tavana pericienta, hà avutu l'esistenza di l'elementu numaru 32, chì chjamò ekasilicu , in u 1869. Diette anni dopu, a chimica Clemens A. Winkler hà scupertu è isolatu l'elementu di l'argyrodite minerale rara (Ag8GeS6). Hà chjamatu l'elementu dopu a so patria, Germania.
In u 1920, a ricerca in i prupietà elettricità di u Germanu risultatu in u sviluppu di alta purità, germanio senza cristallu. Un girmaniu singulari era utilizzatu comu diodes di rectificazione in i radar microwave durante a Siconda Guerra Mundiale.
A primu applicazione cummerciale di germanu hè ghjuntu dopu à a guerra, seguitu l'inventi di i transistorsi da John Bardeen, Walter Brattain, è William Shockley à Bell Labs in dicembre di u 1947.
In l'annu dopu, i transistorsi chì cuntenenu à ghernese truvàvanu modu in l'equipaggiu di telefunamentu telefunu, i computers militari, audi audiò è radiu portátil.
E cose accuminciaru a cambià dopu à u 1954, ma quandu Gordon Teal di Texas Instruments hà inventatu un transistor di silicium . Transistor francais germanici anu una tendenza à fallimentu à altitudine temperature, un problema chì pò esse risoltu cù silicu.
Finu à Teal, nimu hà pudutu pruduce u siliciu cun una purità altissima per rimpiazzarià u germanioni, ma dopu à u 1954 u silicio cumprò sustituì i ghjurnali in transistorsi elettroni, è da a mezzo di l'anni 1960, i transistore di germanioni eranu practicamente inexistente.
E novi applicazioni anu venutu. U successu di germanu in i primi transistorsi hà purtatu à più ricerca è a realizazione di i prupietà d'infrarouge in germanio. In ultimamente, questu resulte in u metale hè utilizatu com'è un cumpunente di u lintru infrared (IR) è i finestichi.
I primi missi di scuperta spiegata spuntati in u 1970 fighjanu à u putere produciutu da i cilesti fotovoltaichi (PVC) da silicium-germanium (SiGe). Pbi PVC chì sò basati in ghjuvellina sò sempre crìtica per l'operazioni satellitari.
U sviluppu è l'espansione o rete di fibra ottica in i 1990 cumminciò à creazione più grande di girimu, chì hè stata utilizata per fassi furmà u core di coperchio di fibra ottica.
In u 2000, PVC è dioddi emissioni di luci (LEDs) dipendenu di i sustrati di germanni eranu diventati grandi cunsumatori di l'elementu.
Pruduzione
Comu a maiò parte di metalli minuri, u germanu hè pruduttu cum'è un pruduttu di u fundatu di u metalli è ùn si trovanu com'è material primario.
U germanu hè più comunmente pruduttu da i zinc d' esfaltita, ma hè ancu cunnisciutu d'esse extracted da carbugale vulgate (prodotta da i corsi di carbone) è certi minerari di cobre .
Indipendente d 'urigine di u materiale, tutti i concentrati di germanioni sò purificati prima un prucessu di chlorination è di distillazioni chì prupone i tetrachloru di germanu (GeCl4). U tetrachloru di i germanici hè stata prutrata è secca, pruducia di dijonu di germanio (GeO2). L'oxidu hè ridduitu cù l'idrogenu per fassi in pezzi di metallu di giranium.
Pussu di germanu hè sparcu in bars à e tematiche di 1720.85 ° F (938.25 ° C).
Zone-refining (un prucessu di friddu è fretu) i baratti sclusa è sguassà impurite è, in finesse, pruduce bars di germanu di alta purità. U metalurgiu generali cummerciale hè spessu di più di 99.999% pur.
Un ghjurnale rinfinuutu di a zona pò più inzuccaratu in i cristalli, chì sò tagliati in boni pezzi per u usu in semicutturi è otticu.
A pruduzione generale di germanu hè statu stimatu da l'Enzica Geologica di l'U.S. (USGS) per esse à circa 120 tunnellate metricu in u 2011 (cuntenutu germanniu).
Hè statura chì u 30% di a pruduzzioni annantu di u germanu di u generale hè reciclatu da u fugliale, cum'è lenti di IR retired. Un circa 60% di u Germanu utilizatu in sistemi IR hè riciclate.
I grandi nazioni chì producinu in germanio sò guvernuti da a Cina, induve 2 terzi di tuttu u germanu hè stata produta in u 2011. Anu altre produtorii più impurtanti include Canada, Russia, i Stati Uniti è Belgio.
I pruduzzioni di i più ginirusi di Germanu include Teck Resources Ltd. , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore e Nanjing Germanium Co.
Applicazioni
Sicondu u USGS, l'applicazioni di girmionu pò esse classificatu in 5 gruppi (seguitatu da un percentu aproximatu di u cunsumamentu):
- IR optics - 30%
- Fibra Ottica - 20%
- Tereftalato di polietileno (PET) - 20%
- Elettronica è sulari - 15%
- Fosfori, di metallurgia è urganica - 5%
I cristini di germanioni sò cultivati è formate in lenti è a finestra di IR o sistemi otticu termichi. A quassu metta di tutti i sistemi, chì sò assai dependenti di a dumanda militari, include germanium.
Sistemi sò e petite pianificanti e mani muntati in arme, in quantu à l'aria, a terra, è i sistemi muntati di veiculi à u mari. I sforzi sianu fatte per creciassi u mercatu cummerciale per i sistemi di IR basati in Germanu, cum'è in autucritichi d'alta freccia, ma l'applicazioni non militari anu solu per u solu 12% di a dumanda.
U tetrachloru di i tullini è usatu com'è dopante - o additivu - per incrementà u indumentu refrattivu in u centru di ciele di silica di linii di fibra otticu. Cumpressu u ghjurnaliu, a pèrdita di u seculu ùn hè impeditu pudaria esse impeditu.
I forma di germanu sò ancu utilizati in sustrati per pruduce PVC per u spaziu spaziu (satelliti) è di generazione d'energia terrestre.
Sustroni di germanu formanu una sola capa in sistemi multiculati chì anu ancu utile galliu, indiu fosfidi è arsenu di gallu. Tali sistemi, cunnisciuti com'è fotovoltaica centrale (CPV) per u so usu di lenti cuncentrati chì glurificheghja u pianu solidu prima di fà esse convertita à energia, sò nivelli d'alta efficienza, ma sò più costanti di fabricà cum'è siliciu cristaline o copper-indium-gallium- Célula di diselenida (CIGS).
À u 17 metricu di dijonu di germanu hè adupratu com'è un catalizadoru di polimulizazioni in a produczione di PET plastiche annu. U puliticu PET hè principalmente usatu in alimentariu, cumpagnia è liquidu.
Malgradu u so fallimentu cum'è un transistoru in l'anni 1950, l'germanisimu hè issa usatu in tandemu cù silicium in cumpunenti di u transistor per certi cellulamenti è i dispositi wireless. I Transistorsi SiGe anu più veloce di cunversione è utilizate pocu putente chì a tecnulugia basata in silicium. Una applicazione di l'usu finali per i chips SiGe hè in sistemi di sicurità di l'automobilistica.
L'altri utilizazioni per i ghjurnali in l'elettronica sò cume in i chips di memoria di stampa, chì sò sustituì a memoria di u flussu in parechji appartamenti elettroni per i so prestazioni d'energia salvatica, è in sustrati usati in a pruduzione di LED.
Sources:
USGS. Anuario di Minerali 2010: Germanium. David E. Guberman.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Associazione Commerce di Minori (MMTA). In Germanu
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
Museo CK722. Jack Ward.
http://www.ck722museum.com/