Сипаттар, тарих, өндіріс және бағдарламалар туралы ақпарат алыңыз
Герман - инфрақызыл технологияда, талшықты-оптикалық кабельдерде және күн батареяларында қолданылатын сирек күміс түсті жартылай өткізгіш металл.
Сипаттар
- Атом символы: Ge
- Атом нөмірі: 32
- Element Категория: Металлоид
- Тығыздығы: 5.323 г / см3
- Еріту нүктесі: 1720.85 ° F (938.25 ° C)
- Қайнау температурасы: 5131 ° F (2833 ° C)
- Mohs қаттылығы: 6.0
Сипаттамалары
Техникалық түрде, германий металлоид немесе жартылай металл ретінде жіктеледі. Металдар мен металл емес металдардың қасиеттеріне ие элементтердің бірі.
Металл тәрізді германий күмістен түсті, қатты және сынғыш.
Германның ерекше сипаттамалары оның жақын инфрақызыл электромагниттік сәулеленуіне (1600-1800 нанометрге дейінгі толқын ұзындығында), оның жоғары сыну көрсеткішіне және оның төмен оптикалық дисперсиясына ашықтығын қамтиды.
Металлоидті өздігінен жартылай өткiзедi.
Тарих
Периодтық үстелдің әкесі Демитри Менделеев 1869 жылы экасиликон деп аталатын 32-ші элементтің болуын болжады. Он жеті жыл өткен соң химик Клеменс А. Винклер сирек кездесетін минералды аргидрит (Ag8GeS6) элементін тауып, оқшаулады. Ол өзінің туған жері, Германиядан кейінгі элементті атады.
1920 жылдары Германияның электрлік қасиеттерін зерттеу жоғары тазалықтың, бір кристалды германийдің дамуына әкелді. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде микротолқынды радар қабылдағыштарында регенттеу диодтары ретінде бір кристалды герман қолданылды.
Германның алғашқы коммерциялық қолданысы 1947 жылдың желтоқсанында Джон Бэрдин, Уолтер Братитэ және Уильям Шоклидің Белл Лаббстағы транзисторлар өнертабысынан кейінгі соғысынан кейін келді.
Кейінгі жылдары германиялық транзисторлар телефон коммутациялық жабдықтарға, әскери компьютерлерге, есту аппараттарына және портативті радиостанцияларға жол тапты.
1954 жылдан кейін заттар өзгерді, алайда Texas Instruments компаниясының гордоны Теил кремний транзисторын ойлап тапқан кезде. Герман транзисторлар жоғары температура кезінде сәтсіздікке ұшырады, бұл мәселені кремниймен шешуге болады.
Teal-ге дейін ешкім германияны алмастыруға жеткілікті тазалықсыз кремний өндіре алмады, бірақ 1954 жылдан кейін кремний Германияға электронды транзисторлармен алмастыра бастады, ал 1960-жылдардың ортасында германдық транзисторлар іс жүзінде жоқ болды.
Жаңа өтінімдер келіп түсті. Алғашқы транзисторлардағы германийдің жетістігі германның инфрақызыл қасиеттерін зерттеуге және іске асыруға мүмкіндік берді. Сайып келгенде, бұл металлоидті инфрақызыл (ИҚ) линзалар мен терезелердің негізгі компоненті ретінде қолдануға әкелді.
1970-жылдары басталған алғашқы Voyager ғарышты зерттеу миссиялары кремний-германий (SiGe) фотовольтаикалық жасушалар (ПВХ) шығарған қуатқа негізделген. Германияда орналасқан ПВХ спутниктік операциялары үшін әлі де маңызды.
1990-шы жылдары дамуы мен кеңеюі немесе талшықты-оптикалық желілер германға сұраныстың артуына алып келді, ол талшықты-оптикалық кабельдердің шыны өзегін қалыптастыру үшін қолданылады.
2000 жылға қарай германдық субстраттардан тәуелділігі жоғары ПВХ және жарық шығаратын диодтар (LED) элементтердің үлкен тұтынушылары болды.
Өндіріс
Көптеген кішігірім металдар сияқты, герман негізгі металлды тазартудың қосалқы өнімі ретінде шығарылады және бастапқы материал ретінде өндірілмейді.
Germanium көбінесе сфалерит мырыш кендерінен өндіріледі, бірақ сонымен қатар, ұшқыш күл көмірінен (көмір электр станцияларынан өндірілген) және кейбір мыс кендерін өндіруден белгілі.
Материалдың көзіне қарамастан, барлық германдық концентраттар алғаш рет германдық тетрахлоридті (GeCl4) өндіретін хлорлау және айыру процесі арқылы тазартылады. Герман тетрахлориді кейін гидролизденеді және кептіріледі, алюминий диоксиді (GeO2) шығарады. Содан кейін оксид сутегімен германдық металл ұнтағын қалыптастырады.
Германиялық ұнтақ 1720,85 ° F (938,25 ° C) температура кезінде барларда құйылады.
Зауытты еріту (балқыту және салқындау процесі) барларды оқшауландырады және кірді кетіреді және сайып келгенде жоғары тазалықтағы герман барларын шығарады. Коммерциялық герман металл жиі 99,999% таза.
Зона тазартылған германий жартылай өткізгіштерде және оптикалық линзаларда пайдалану үшін жұқа бөліктерге бөлінген кристалдарға дейін өсіріледі.
Германияның ғаламдық өндірісі АҚШ-тың Геологиялық шолуы (USGS) 2011 жылы шамамен 120 метрикалық тоннаға бағаланған (құрамында герман бар).
Әлемдік жылдық герман өндірісінің 30% -ы қалдықтардан, мысалы, зейнеткерлікке шыққан IR линзаларынан қайта өңделеді. Инфрақызыл жүйелерде қолданылатын германийдің 60 пайызы енді қайта өңделеді.
Германияның ірі герман өндіруші елдерін 2011 жылы бүкіл германияның үштен екісі өндірген Қытай басқарады. Басқа ірі өндірушілер: Канада, Ресей, АҚШ және Бельгия.
Германдық ірі өндірушілер Teck Resources Ltd , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore және Nanjing Germanium Co.
Өтініштер
USGS мәліметтері бойынша, германдық қосымшалар 5 топқа бөлінеді (кейіннен жалпы тұтынудың шамамен пайызы):
- IR оптика - 30%
- Талшықты оптика - 20%
- Полиэтилентерефталат (ПЭТ) - 20%
- Электрондық және күн - 15%
- Фосфор, металлургия және органикалық - 5%
Герман кристалдары еріткіш немесе термиялық бейне оптикалық жүйелер үшін линзалар мен терезелерге айналды. Әскери сұранысқа негізделген осындай жүйелердің жартысына жуығы германияны қамтиды.
Жүйеге кішігірім қолмен және қару-жарақты қондырғылар, сондай-ақ әуе, жер және теңіздегі көлік құралдарымен жабдықталған жүйелер кіреді. Герман негізіндегі IR жүйелерінің коммерциялық нарығын күшейтуге күш жұмсалды, мысалы, жоғары дәрежелі автокөліктерде, бірақ әскери емес қолданбаларда сұраныстың шамамен 12% ғана.
Герман тетрахлориді талшықты-оптикалық сызықтардағы кремнийлі шыны ыдысындағы сыну көрсеткішін арттыру үшін допанды немесе қоспа ретінде пайдаланылады. Германдықты қосу арқылы сигналдың жоғалуына жол берілмейді.
Германдық нысандар ғарыштық (жер серіктері) және жер үсті қуатын өндіру үшін ПВХ өндіру үшін субстраттарда қолданылады.
Германдық субстраттар көп қабатты жүйелерде бір қабатты қалыптастырады, сонымен қатар галий, индий фосфиті және арсенид галиясын қолданады. Энергияға айналғанға дейін күн сәулесін ұлғайтатын концентрацияланатын линзаларды қолдануға байланысты концентрлі фотовольтика (СПВ) деп аталатын мұндай жүйелер жоғары тиімділік деңгейлеріне ие, бірақ кристалды кремний немесе мыс-индий-галлий- (CIGS) жасушалары.
Жыл сайын PET пластмасса өндірісінде полимерлеу катализаторы ретінде 17 метрлік тонна герман диоксиді пайдаланылады. ПЭТ пластмасса негізінен тамақ, сусын, сұйық контейнерлерде қолданылады.
1950 жылдары транзисторлыққа жол бермеуіне қарамастан, герман қазіргі уақытта кейбір ұялы телефондар мен сымсыз құрылғылар үшін транзисторлық компоненттерде кремниймен тандемде қолданылады. SiGe транзисторларында кремнийге негізделген технологияға қарағанда, коммутация жылдамдығы жоғары және қуатты аз пайдаланады. SiGe чиптеріне арналған соңғы қолданыс автоматтандырылған қауіпсіздік жүйелерінде.
Германның электроникадағы басқа пайдаланулары фазалық жад микросхемаларына кіреді, олар көптеген электронды құрылғыларда энергияны үнемдейтін артықшылықтарға байланысты, сондай-ақ СИД өндірісінде қолданылатын субстраттарда ауыстырылады.
Көздер:
USGS. 2010 ж. Минералды материалдар: Германия. Дэвид Э. Губерман.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Кішігірім металдар сауда қауымдастығы (MMTA). Герман
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
CK722 мұражайы. Джек Уорд.
http://www.ck722museum.com/