Germanyum hakkında bilgi edinin

Germanyum, kızılötesi teknolojisi, fiber optik kablolar ve güneş pillerinde kullanılan nadir, gümüş renkli bir yarıiletken metaldir.

Özellikleri

• Atom Sembolü: Ge
• Atom Sayı: 32
• Element Kategorisi: Metalloid
• Yoğunluk: 5.323 g / cm3
• Erime Noktası: 1720. 85 ° F (938. 25 ° C)
• Kaynama Noktası: 5131 ° F
• Mohs sertliği: 6. 0

Özellikleri

Teknik olarak, germanyum bir metalloid veya yarı metal olarak sınıflandırılmıştır. Hem metal hem de metal olmayan özelliklere sahip bir grup elementten biri.

Metalik formda, germanyum gümüş renkli, sert ve gevrektir.

Germanyumun benzersiz özellikleri, yakınında bulunan kızılötesi elektromanyetik radyasyona (1600-1800 nanometre arasındaki dalga boylarında) şeffaflığı, yüksek kırılma indeksini ve düşük optik dağılımını içerir.

Metaloid da özünde yarı iletkentir.

Tarihçe

Periyodik masanın babası Demitri Mendeleev, 1869 yılında ekasilicon adlı 32 numaralı element varlığını öngördü. On yıl sonra kimyager Clemens A. Winkler keşfetti ve izole etti nadir mineral argyrodit (Ag8GeS6) elementi. Vatanı Almanya'yı seçerek elemana adını verdi.

1920'li yıllarda, germanyumun elektriksel özellikleri üzerine yapılan araştırmalar, yüksek saflıkta tek-kristal germanyumun oluşmasına neden oldu. Tek-kristal germanyum, II. Dünya Savaşı sırasında mikrodalga radar alıcılarında doğrultucu diyot olarak kullanıldı.

Germanyum için ilk ticari başvuru, 1947 yılının Aralık ayında Bell Labs'taki John Bardeen, Walter Brattain ve William Shockley'in transistörlerinin icadını takiben, savaştan sonra geldi.

Takip eden yıllarda , germanyum içeren transistörler telefon santralleri, askeri bilgisayarlar, işitme cihazları ve taşınabilir radyoların içine girdiler.

Ancak, Texas Instruments'ın Gordon Teal tarafından silikon transistör icat edildiğinde, 1954'ten sonra şeyler değişmeye başladı. Germanyumlu transistörler silikon ile çözülebilecek bir problem olan yüksek sıcaklıklarda başarısız olma eğilimindeydiler.

Teal'e kadar hiç kimse germanyumun yerine koymak için yeterince yüksek bir saflığa sahip silikon üretmiş değildi, ancak 1954'ten sonra silikon elektronik transistörlerde germanyumun yerini almaya başladı ve 1960'ların ortalarından itibaren, germanyum transistörler neredeyse varolmadı.

Yeni başvurular gelmek üzere. Erken transistörlerde germanyumun başarısı, daha fazla araştırma yapılmasına ve germanyumun kızıl ötesi özelliklerinin gerçekleştirilmesine yol açtı. En sonunda, metaloidin kızılötesi (IR) merceklerin ve pencerelerin anahtar bir bileşeni olarak kullanılmasına neden oldu.

1970'lerde başlatılan ilk Voyager uzay keşif misyonları silikon-germanyum (SiGe) fotovoltaik hücrelerin (PVC'ler) ürettiği güce dayanıyordu.Germanyum esaslı PVC'ler uydu operasyonları için hala kritik öneme sahiptir.

1990'lı yıllarda gelişme ve genişleme veya fiber optik ağlar, fiber optik kabloların cam göbeğini oluşturmak için kullanılan germanyum talebinin artmasına yol açtı.

2000 yılına gelindiğinde, yüksek verimli PVC'ler ve germanyum alt katmanlarına bağlı ışık yayan diyotlar (LED'ler) elemanın geniş tüketici haline geldi.

Üretim

Gramanyum çoğu küçük metal gibi ana metal rafine edilmesinin yan ürünü olarak üretilir ve birincil malzeme olarak mayınlı değildir.

Germanyum, sfalerit çinko cevherlerinden en çok üretilen fakat aynı zamanda uçucu kül kömürü (kömür santrallerinden üretilen) ve bazı bakır cevherlerinden ekstrakte edildiği bilinmektedir.

Maddenin kaynağından bağımsız olarak, tüm germanyum konsantreleri ilk olarak germanyum tetraklorür (GeCl4) üreten bir klorlama ve distilasyon işlemi kullanılarak saflaştırılır. Daha sonra, germanyum dioksit (GeO2) üreten germanyum tetraklorür hidrolize edilir ve kurutulur. Daha sonra oksit, germanyum metal tozu oluşturmak üzere hidrojen ile indirgenir.

Germanyum tozu, 1720'den 85 ° F (938,25 ° C) sıcaklıklardaki çubuklara dökülür.

Bara izolatlarının zon arıtımı (eritme ve soğutma işlemi) safsızlıkları giderir ve nihayetinde yüksek saflıkta germanyum çubuklar üretir. Ticari germanyum metali çoğunlukla% 99.999'dan daha saftır.

Bölgede rafine edilmiş germanyum, yarı iletkenler ve optik merceklerde kullanılmak üzere ince parçalar halinde dilimlenmiş kristaller haline getirilebilir.

ABD Jeoloji Araştırması (USGS) tarafından dünya genelinde germanyum üretimi, 2011 yılında kabaca 120 metrik ton olarak hesaplandı (germanyum içeriyordu).

Dünyanın yıllık germanyum üretiminin yaklaşık% 30'u emekli IR lensler gibi hurda malzemelerden geri dönüştürülüyor. IR sistemlerinde kullanılan yaklaşık% 60 germanyum şimdi geri dönüştürülmüştür.

En büyük germanyum üreten ülkeler, tüm germanyumun üçte ikisinin 2011'de üretildiği Çin tarafından yönetiliyor. Diğer büyük üreticiler arasında Kanada, Rusya, ABD ve Belçika yer alıyor.

Başlıca germanyum üreticileri arasında Teck Resources Ltd, Yunnan Lincang Xinyuan Germanyum Industrial Co, Umicore ve Nanjing Germanyum Co.

Uygulamalar

USGS'ye göre, germanyum uygulamaları 5 gruba ayrılabilir (bunu takiben % 9

1. Fiber optik -% 20
2. Polietilen tereftalat (PET) -% 20
3. Elektronik ve güneş enerjisi -% 15
4. Fosfor, metalurji ve metalurji organik -% 5
5. Kızılötesi veya termal görüntüleme optik sistemleri için, germanyum kristalleri yetiştirilir ve lensler ve pencere haline getirilir. Askeri talebe ağırlıkla bağımlı olan bu tür sistemlerin yaklaşık yarısı germanyum içermektedir.

Sistemleri, küçük, elle kullanılan ve silahlara monte edilmiş cihazların yanı sıra hava, kara ve deniz temelli araçlara monte sistemler de içerir. Üst sınıf arabalar gibi, germanyum bazlı IR sistemleri için ticari pazarın büyümesi için çaba harcandı, ancak yine de askeri olmayan uygulamalar talepin yaklaşık% 12'sini oluşturuyor.

Germanyum tetraklorür, fiber optik hatların silis cam göbeğinde kırılma indisini artırmak için bir katkı maddesi veya ilave madde olarak kullanılır. Germanyum eklenerek, sinyal kaybı önlenebilir.

Germanyum formları, hem uzaya dayalı (uydular) hem de karasal güç üretimi için PVC üretmek için alt katlarda da kullanılır.

Galyum, indiyum fosfit ve galyum arsenidi de içeren çok tabakalı sistemlerde alüminyum substratlar bir katman oluştururlar. Güneş ışığını enerjiye dönüştürmeden önce büyütmek için konsantre lensler kullandıkları için yoğun fotovoltaik (CPF) olarak bilinen bu tür sistemler, yüksek verimli seviyelere sahip olmakla birlikte, kristalin silikon veya bakır indiyum-galyum içeren galyum üretiminden daha maliyetlidir. diselenid (CIGS) hücreleri.

PET elyaf üretiminde her yıl 17 metrik ton germanyum dioksit polimerizasyon katalizörü olarak kullanılmaktadır. PET plastik öncelikle yiyecek, içecek ve sıvı kaplarda kullanılır.

1950'lerde bir transistör olmamasına rağmen, bazı cep telefonları ve kablosuz cihazlar için germanyum şimdi transistör bileşenleri silikon ile birlikte kullanılmaktadır. SiGe transistörlerinin daha yüksek anahtarlama hızları vardır ve silikon temelli teknolojiye göre daha az güç kullanır. SiGe yongaları için bir nihai kullanım uygulaması otomotiv güvenlik sistemlerinde.

Elektronikte germanyumun diğer kullanımı, fazladan bellek yongalarında LED'lerin üretiminde kullanılan substratların yanı sıra, enerji tasarrufu yararları nedeniyle birçok elektronik cihazdaki flaş belleğin yerini tutan faz bellek yongalarıdır.

Kaynaklar:

_{USGS. 2010 Mineraller Yıllığı: Germanyum. David E. Guberman.}

_{// mineraller. usgs. gov / mineraller / barlar / emtia / germanyum /}
Minör Metaller Ticaret Birliği (MMTA). Germanyum

_{// www. MMTA. co. uk / metals / Ge /}
CK722 Müzesi. Jack Ward.

_{// www. ck722museum. com /}