Akkseb Informazzjoni dwar il-Propjetajiet, l-Istorja, il-Produzzjoni u l-Applikazzjonijiet
Il-ġermanju huwa metall semikonduttur rari u kkulurita bil-fidda li jintuża fit-teknoloġija infrared, kejbils tal-fibra ottika u ċelloli solari.
Proprjetajiet
- Simbolu Atomiku: Ge
- Numru Atomiku: 32
- Element Kategorija: Metalojde
- Densità: 5.323 g / cm3
- Punt tat-tidwib: 1720.85 ° F (938.25 ° C)
- Punt tat-togħlija: 5131 ° F (2833 ° C)
- Mohs ebusija: 6.0
Karatteristiċi
Teknikament, il-ġermanju huwa kklassifikat bħala metalojd jew semi-metall. Wieħed minn grupp ta 'elementi li għandhom proprjetajiet ta' metalli u mhux metalli.
Fil-forma metallika tagħha, il-ġermanju huwa fidda bil-kulur, iebes, u fraġli.
Il-karatteristiċi uniċi tal-ġermanju jinkludu t-trasparenza tiegħu għar-radjazzjoni elettromanjetika infrared viċin (f'tul ta 'mewġ bejn 1600-1800 nanometru), l-indiċi għoli ta' rifrazzjoni tagħha u t-tixrid ottiku baxx tagħha.
Il-metaloid huwa wkoll intrinsikament semikonduttiv.
Storja
Demitri Mendeleev, il-missier tat-tabella perjodika, ħabbar l-eżistenza tal-element numru 32, li hu msemmi ekasilicon , fl-1869. Sbatax-il sena wara, l-kimiku Clemens A. Winkler skopra u iżolat l-element mill-argyrodite minerali rari (Ag8GeS6). Huwa sema 'l-element wara l-patrija tiegħu, il-Ġermanja.
Matul l-20s, ir-riċerka fil-proprjetajiet elettriċi tal-ġermanju rriżultat fl-iżvilupp ta 'purità għolja, ġermanju tal-kristall wieħed. Il-ġermanju tal-kristall wieħed kien użat bħala dijodi ta 'rettifikazzjoni fir-riċevituri tar-radar microwave matul it-Tieni Gwerra Dinjija.
L-ewwel applikazzjoni kummerċjali għall-ġermanju daħlet wara l-gwerra, wara l-invenzjoni tat-transisters minn John Bardeen, Walter Brattain u William Shockley f'Barn Labs f'Diċembru tal-1947.
Fis-snin ta 'wara, it-transisters li fihom il-ġermanju jinstabu f'tagħmir għat-tibdil tat-telefon, kompjuters militari, hearing aids u radji li jistgħu jinġarru.
L-affarijiet bdew jinbidlu wara l-1954, madankollu, meta Gordon Teal ta 'Texas Instruments ivvinta transistor tas - silikon . It-transisters tal-ġermanju kellhom tendenza li jonqsu f'temperaturi għoljin, problema li tista 'tissolva bis-silikon.
Sa Teal, ħadd ma seta 'jipproduċi silikon b'purità għolja biżżejjed biex jissostitwixxi l-ġermanju, iżda wara l-1954 is-silikon beda jissostitwixxi l-ġermanju fit-transisters elettroniċi, u sa nofs is-snin sittin, transisters tal-ġermanju kienu prattikament ineżistenti.
Applikazzjonijiet ġodda kellhom jiġu. Is-suċċess tal-ġermanju fit-transisters bikrija wassal għal aktar riċerka u r-realizzazzjoni tal-proprjetajiet infrared tal-ġermanju. Fl-aħħar mill-aħħar, dan wassal biex il-metaloj jintuża bħala komponent ewlieni ta 'lentijiet u twieqi infrared (IR).
L-ewwel missjonijiet ta 'esplorazzjoni fl-ispazju Voyager imnedija fis-snin sebgħin iddikjaraw l-enerġija prodotta minn ċelloli fotovoltajċi (PVC) tas-silikon-ġermanju (SiGe). Il-PVCs ibbażati fuq ir-Germanium għadhom kritiċi għall-operazzjonijiet tas-satellita.
L-iżvilupp u l-espansjoni jew in-netwerks tal-fibra ottika fid-disgħinijiet wasslu għal żieda fid-domanda għall-ġermanju, li tintuża biex tifforma l-qalba tal-ħġieġ tal-kejbils tal-fibra ottika.
Sa l-2000, PVCs b'effiċjenza għolja u dijodi li jarmu d-dawl (LEDs) dipendenti fuq sottostrati tal-ġermanju saru konsumaturi kbar ta 'l-element.
Produzzjoni
Bħal biċċa l-kbira tal-metalli minuri, il-ġermanju huwa prodott bħala prodott sekondarju tar-raffinar tal-metall bażiku u mhux imminat bħala materjal primarju.
Il-ġermanju huwa l-aktar komuni prodott minn minerali taż-żingu ta ' esfalterite iżda huwa magħruf ukoll li huwa estratt minn faħam tal-irmied li jtir (prodott minn impjanti tal-enerġija tal-faħam) u xi minerali tar-ram .
Irrispettivament mis-sors tal-materjal, il-konċentrati kollha tal-ġermanju jiġu ppurifikati l-ewwel bl-użu ta 'proċess ta' klorinazzjoni u distillazzjoni li jipproduċi tetraklorur tal-ġermanju (GeCl4). Germanium tetrachloride huwa mbagħad idrolizzat u mnixxef, li jipproduċi d-dijossidu tal-ġermanju (GeO2). L-ossidu mbagħad jitnaqqas bl-idroġenu biex jifforma trab tal-metall tal-ġermanju.
It-trab tal-ġermanju huwa mdewweb fil-biċċiet f'temperaturi 'l fuq minn 1720.85 ° F (938.25 ° C).
Irfinar taż-żona (proċess ta 'tidwib u tkessiħ) l-iżolati tal-vireg u jneħħi l-impuritajiet u, fl-aħħar mill-aħħar, jipproduċi vireg tal-ġermanju ta' purità għolja. Il-metall tal-ġermanju kummerċjali spiss ikun aktar minn 99.999% pur.
Il-ġermanju raffinat taż-Żona jista 'jitkabbar aktar f'kristalli, li huma mqatta' f'biċċiet irqaq għal użu f'semikondutturi u lentijiet ottiċi.
Il-produzzjoni globali tal-ġermanju kienet stmata mill-Istħarriġ Ġeoloġiku ta 'l-Istati Uniti (USGS) għal bejn wieħed u ieħor 120 tunnellata metrika fl-2011 (ġermanju miżmum).
Huwa stmat li 30% tal-produzzjoni annwali tal-ġermanju tad-dinja hija rriċiklata minn materjali ruttam, bħal lentijiet IR irtirati. Huwa stmat li 60% tal-ġermanju użat fis-sistemi tal-IR issa huwa rriċiklat.
L-akbar nazzjonijiet li jipproduċu l-ġermanju huma mmexxija miċ-Ċina, fejn żewġ terzi tal-ġermanju kollu ġie prodott fl-2011. Produtturi ewlenin oħra jinkludu l-Kanada, ir-Russja, l-Istati Uniti u l-Belġju.
Il-produtturi ewlenin tal-ġermanju jinkludu Teck Resources Ltd. , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore u Nanjing Germanium Co.
Applikazzjonijiet
Skont l-USGS, l-applikazzjonijiet tal-ġermanju jistgħu jiġu kklassifikati f'5 gruppi (segwiti minn persentaġġ approssimattiv tal-konsum totali):
- L-ottiki IR - 30%
- Fiber Optics - 20%
- Polyethylene terephthalate (PET) - 20%
- Elettroniċi u solari - 15%
- Phosphors, metallurġija u organiċi - 5%
Il-kristalli tal-ġermanju huma mkabbra u ffurmati f'lentijiet u tieqa għal IR jew sistemi ottiċi ta 'immaġni termali. Madwar nofs is-sistemi kollha bħal dawn, li huma dipendenti ħafna fuq id-domanda militari, jinkludu l-ġermanju.
Is-sistemi jinkludu apparat żgħir li jinżamm fl-idejn u immuntat bl-armi, kif ukoll sistemi ta 'l-arja, l-art u dawk immuntati fuq il-baħar. Saru sforzi biex is-suq kummerċjali jikber għas-sistemi IR ibbażati fuq il-ġermanju, bħal fil-karozzi high-end, iżda l-applikazzjonijiet mhux militari għadhom jammontaw biss għal madwar 12% tad-domanda.
Germanium tetrachloride jintuża bħala dopant - jew addittiv - biex iżid l-indiċi refrattiv fil-qalba tal-ħġieġ tas-silika tal-linji tal-fibra ottika. Bl-inkorporazzjoni tal-ġermanju, it-telf tas-sinjali ma jitħalliex jista 'jiġi evitat.
Il-forom tal-ġermanju jintużaw ukoll f'sottostrati biex jipproduċu PVC kemm għal ġenerazzjoni ta 'enerġija bbażata fuq l-ispazju (satelliti) kif ukoll minn ġenerazzjoni ta' enerġija terrestri.
Is-sottostrati tal-ġermanju jiffurmaw saff wieħed f'sistemi b'ħafna saffi li jużaw ukoll gallju, indium phosphide, u arsenide tal- gallju. Sistemi bħal dawn, magħrufa bħala fotovoltajiki kkonċentrati (CPVs) minħabba l-użu tagħhom ta 'lentijiet li jikkonċentraw li jkabbru d-dawl tax-xemx qabel ma tinbidel f'enerġija, għandhom livelli ta' effiċjenza għolja iżda jiswew aktar għall-manifattura milli s-silikon kristallin jew ir-ram-indju-gallju- Ċelloli ta 'diselenide (CIGS).
Madwar 17-il tunnellata metrika ta 'dijossidu tal-ġermanju jintuża bħala katalizzatur tal-polimerizzazzjoni fil-produzzjoni tal-plastik tal-PET kull sena. Il-plastik tal-PET jintuża primarjament fl-ikel, ix-xorb u l-kontenituri likwidi.
Minkejja n-nuqqas tiegħu bħala transistor fis-snin 50, il-ġermanju issa huwa użat flimkien ma 'silikon f'komponenti ta' transisters għal xi mowbajls u apparat bla wajers. It-transisters SiGe għandhom veloċitajiet ta 'swiċċjar akbar u jużaw inqas enerġija minn teknoloġija bbażata fuq is-silikon. Applikazzjoni waħda ta 'użu aħħari għaċ-ċipep SiGe tinsab f'sistemi ta' sikurezza tal-karozzi.
Użi oħrajn għall-ġermanju fl-elettronika jinkludu ċipep tal-memorja tal-fażi, li qed jissostitwixxu l-memorja flash f'ħafna mezzi elettroniċi minħabba l-benefiċċji tagħhom li jiffrankaw l-enerġija, kif ukoll fis-substrati użati fil-produzzjoni ta 'LEDs.
Sorsi:
USGS. 2010 Yearbook dwar il-Minerali: Ġermanju. David E. Guberman.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Minor Metals Trade Association (MMTA). Ġermanju
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
Mużew CK722. Jack Ward.
http://www.ck722museum.com/