Pata maelezo kwenye Mali, Historia, Uzalishaji, na Matumizi
Germanium ni chuma cha nadra, cha rangi ya rangi ya semiconductor ambayo hutumiwa katika teknolojia ya infrared, nyaya za fiber optic, na seli za jua.
Mali
- Ishi ya Atomic: Ge
- Idadi ya Atomiki: 32
- Jamii ya Kundi: Metalloid
- Uzito wiani: 5.323 g / cm3
- Kiwango Kiwango: 1720.85 ° F (938.25 ° C)
- Point ya kuchemsha: 5131 ° F (2833 ° C)
- Ugumu wa Mohs: 6.0
Tabia
Kitaalam, germanium inawekwa kama metalloid au nusu ya chuma. Moja ya kundi la vipengele vina mali ya madini na yasiyo ya metali.
Katika fomu yake ya metali, germanium ni fedha katika rangi, ngumu, na ya brittle.
Tabia ya kipekee ya Germanium ni pamoja na uwazi wake kwa mionzi ya umeme ya infrared (saa yavelengths kati ya 1600-1800 nanometers), index yake ya juu ya refractive, na usambazaji wake wa chini macho.
Metalloid pia inajumuisha kimwili.
Historia
Demitri Mendeleev, baba wa meza ya mara kwa mara, alitabiri kuwepo kwa kipengele cha 32, ambacho alichoita jina la ekasilicon , mwaka 1869. Miaka kumi na saba baadaye mfanyabiashara Clemens A. Winkler aligundua na akajenga kipengele kutoka kwa argyrodite ya madini isiyo ya kawaida (Ag8GeS6). Alitaja kipengele baada ya nchi yake, Ujerumani.
Katika miaka ya 1920, utafiti juu ya mali ya umeme ya germanium ilipelekea maendeleo ya usafi wa juu, germanium moja-kioo. Germanium ya kioo moja ilitumiwa kama diodes ya kurejesha katika kupokea rada za microwave wakati wa Vita Kuu ya II.
Matumizi ya kibiashara ya germanium yalikuja baada ya vita, kufuatia uvumbuzi wa transistors na John Bardeen, Walter Brattain, na William Shockley katika Bell Labs mnamo Desemba 1947.
Katika miaka ifuatayo, transistors zilizo na germanium zilipatikana kwa njia ya vifaa vya kubadilisha simu, kompyuta za kijeshi, vifaa vya kusikia na radio za simu.
Mambo yalianza kubadilika baada ya 1954, hata hivyo, wakati Teal Gordon ya Texas Instruments zuliwa transistor silicon . Transistors ya Germanium walikuwa na tabia ya kushindwa kwa joto la juu, shida ambayo inaweza kutatuliwa na silicon.
Mpaka Teal, hakuna mtu aliyeweza kuzalisha silicon na usafi wa kutosha kuchukua nafasi ya germanium, lakini baada ya silika ya 1954 ilianza kuondoa germanium katika transistors za elektroniki, na katikati ya miaka ya 1960, miguu ya germanium haikuwepo.
Programu mpya zilikuja. Mafanikio ya germanium katika transistors mapema iliongoza kwa utafiti zaidi na kutambua mali ya germanium ya infrared. Hatimaye, hii ilisababisha metalidi kutumika kama sehemu muhimu ya lens infrared (IR) na madirisha.
Ujumbe wa kwanza wa usafiri wa nafasi uliozinduliwa katika miaka ya 1970 ulitegemea nguvu zinazozalishwa na seli za silicon-germanium (SiGe) photovoltaic (PVCs). PVC-msingi ya Germanium bado ni muhimu kwa shughuli za satelaiti.
Maendeleo na upanuzi au mitandao ya fiber optic katika miaka ya 1990 imesababisha mahitaji ya germanium, ambayo hutumiwa kuunda msingi wa kioo wa nyaya za fiber optic.
By 2000, PVCs high-ufanisi na diodes mwanga-emitting (LEDs) tegemezi juu ya substrates germanium walikuwa watumiaji kubwa ya kipengele.
Uzalishaji
Kama vile madini mengi madogo, germanium huzalishwa kama kwa-bidhaa ya kusafishwa kwa chuma msingi na sio kama mali ya msingi.
Germanium huzalishwa mara nyingi kutokana na ores ya zinc ya sphalerite lakini inajulikana pia kuwa imechukuliwa kutoka makaa ya mawe ya kuruka (yanayotokana na mimea ya makaa ya mawe) na baadhi ya madini ya shaba .
Bila kujali chanzo cha nyenzo, yote ya germanium inazingatia kwanza kutakaswa kwa kutumia chlorination na uchafu mchakato ambayo hutoa germanium tetrachloride (GeCl4). Tetrachloride ya Germanium ni kisha hidrolized na kavu, huzalisha dioksidi ya germanium (GeO2). Oxydi hupunguzwa kwa hidrojeni ili kuunda poda ya madini ya germanium.
Poda ya Germanium inatupwa ndani ya baa kwenye joto zaidi ya 1720.85 ° F (938.25 ° C).
Uboreshaji wa eneo (mchakato wa kuyeyuka na baridi) baa hutenganisha na kuondosha uchafu na, hatimaye, hutoa baa safi ya germanium. Commercial germanium chuma mara nyingi zaidi ya 99.999% safi.
Germanium iliyosafishwa kwa eneo inaweza kukua zaidi katika fuwele, ambazo zimechungwa vipande nyembamba kwa matumizi ya semiconductors na lenses za macho.
Uzalishaji wa kimataifa wa germanium ulipangwa na US Geological Survey (USGS) kuwa takriban 120 tani mwaka 2011 (zilizomo germanium).
Inakadiriwa kuwa asilimia 30 ya uzalishaji wa germanium ya kila mwaka hutengenezwa kutoka vifaa vya chakavu, kama vile lens za kustaafu IR. Inakadiriwa kuwa 60% ya germanium iliyotumiwa katika mifumo ya IR imetengenezwa tena.
Mataifa makubwa zaidi yanayotokana na germanium huongozwa na China, ambako sehemu mbili za tatu za germanium zilizalishwa mwaka 2011. Wengine wazalishaji wakuu ni Canada, Urusi, Marekani, na Ubelgiji.
Wazalishaji wakuu wa germanium ni pamoja na Teck Resources Ltd , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Viwanda Co, Umicore na Nanjing Germanium Co.
Maombi
Kwa mujibu wa USGS, maombi ya germanium yanaweza kuhesabiwa katika vikundi 5 (ikifuatiwa na asilimia takriban ya matumizi ya jumla):
- Optics IR - 30%
- Fiber Optics - 20%
- Polyethilini terephthalate (PET) - 20%
- Umeme na nishati ya jua - 15%
- Phosphors, madini na kikaboni - 5%
Fuwele za Germanium hupandwa na hutengenezwa katika lenses na dirisha kwa mifumo ya macho ya IR au ya joto. Karibu nusu ya mifumo hiyo yote, ambayo inategemea mahitaji ya kijeshi, ni pamoja na germanium.
Vipengele vinajumuisha vifaa vidogo vyenye mkono na silaha, pamoja na mifumo ya hewa, ardhi, na bahari. Jitihada zimefanyika kukuza soko la kibiashara kwa mifumo ya IR ya germanium, kama vile magari ya juu-mwisho, lakini maombi yasiyo ya kimya bado yanahusu tu asilimia 12 ya mahitaji.
Tetrachloride ya Germanium hutumiwa kama dopant - au nyongeza - kuongeza index ya refractive katika msingi wa kioo ya silika ya mistari ya fiber-optic. Kwa kuingiza germanium, kupoteza ishara kuzuiwa kunaweza kuzuiwa.
Aina za germanium pia hutumiwa katika vijiti vya kuzalisha PVCs kwa vituo vyote vya makao (satelaiti) na kizazi cha nguvu duniani.
Substrates za Germanium huunda safu moja katika mifumo ya multilayer ambayo pia inatumia gallium, phosfidi ya indiamu, na gallium arsenide. Mifumo hiyo, inayojulikana kama photovoltaics iliyojilimbikizia (CPVs) kutokana na matumizi yao ya kuzingatia lenses inayoinua mwanga wa jua kabla ya kubadilishwa kwa nishati, ina kiwango cha juu cha ufanisi lakini ni gharama kubwa zaidi kuliko kutengeneza kuliko silicon ya fuwele au shaba-indium-gallium- seli za seli (CIGS).
Tani takriban 17 za dioxide ya germanium hutumiwa kama kichocheo cha upolimishaji katika uzalishaji wa plastiki PET kila mwaka. PET plastiki kimsingi hutumiwa katika vyombo vya vinywaji, vinywaji, na kioevu.
Pamoja na kushindwa kwake kama transistor katika miaka ya 1950, germanium sasa inatumiwa kwa kitovu na silicon katika vipengele vya transistor kwa baadhi ya simu za mkononi na vifaa vya wireless. Siki za transistors zina kasi kubwa na hutumia nguvu ndogo kuliko teknolojia ya makao ya silicon. Programu moja ya mwisho ya matumizi ya chips SiGe iko katika mifumo ya usalama wa magari.
Matumizi mengine ya germanium katika umeme yanajumuisha katika chips kumbukumbu ya kumbukumbu, ambayo ni kuchukua nafasi ya kumbukumbu flash katika vifaa vya umeme nyingi kutokana na faida zao za kuokoa nishati, kama vile katika substrates kutumika katika uzalishaji wa LEDs.
Vyanzo:
USGS. Kitabu cha Mwaka cha Madini 2010: Germanium. David E. Guberman.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Chama Cha Chama cha Biashara cha Vyuma (MMTA). Germanium
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
Makumbusho ya CK722. Jack Ward.
http://www.ck722museum.com/