Merrni informacion mbi pronat, historinë, prodhimin dhe aplikacionet
Germaniumi është një metal gjysmëpërcjellës i rrallë me argjend që përdoret në teknologjinë infra të kuqe, kabllot me fibra optike dhe qelizat diellore.
Vetitë
- Simboli atomik: Ge
- Numri Atomik: 32
- Element Kategoria: Metalloid
- Dendësia: 5.323 g / cm3
- Pika e shkrirjes: 1720,85 ° F (938,25 ° C)
- Pika e vlimit: 5131 ° F (2833 ° C)
- Vështirësia e Mohs: 6.0
Karakteristikat
Teknikisht, germani klasifikohet si një metalloid ose gjysmë metal. Një nga një grup elementësh që posedojnë pronat e të dy metaleve dhe jo-metale.
Në formën e tij metalike, germani është argjendi me ngjyrë, i fortë dhe i brishtë.
Karakteristikat unike të Germanium përfshijnë transparencën e saj ndaj rrezatimit elektromagnetik afër rrezeve infrakuqe (në gjatësi vale midis 1600-1800 nanometra), indeksit të tij të lartë thyes dhe shpërndarjes së ulët optike.
Metalloid është gjithashtu gjysmëpërçues në thelb.
histori
Demitri Mendeleev, babai i tabelës periodike, parashikoi ekzistencën e elementit numër 32, të cilin ai e quajti ekasilicon , në 1869. Shtatëmbëdhjetë vjet më vonë, kimisti Clemens A. Winkler zbuloi dhe izoloi elementin nga argyrodite e rrallë minerale (Ag8GeS6). Ai e quajti elementin pas atdheut të tij, Gjermani.
Gjatë viteve 1920, hulumtimi i vetive elektrike të germaniumit rezultoi në zhvillimin e pastërtisë së lartë, germanium me një kristal. Germani i vetëm me kristal u përdor si diodë korrigjimi në radarët e mikrovalëve gjatë Luftës së Dytë Botërore.
Kërkesa e parë tregtare për germanium erdhi pas luftës, pas shpikjes së transistorëve nga John Bardeen, Walter Brattain dhe William Shockley në Bell Labs në dhjetor 1947.
Në vitet që pasuan, transistorët që përmbajnë germanium përmbajnë rrugën e tyre në pajisjet e kalimit të telefonit, kompjuterët ushtarakë, aparatet e dëgjimit dhe radiot portative.
Gjërat filluan të ndryshojnë pas vitit 1954, kur Gordon Teal i Texas Instruments shpiku një tranzistor të silikonit . Transistorët Germanium kishin tendencë të dështonin në temperatura të larta, një problem që mund të zgjidhej me silikon.
Deri në Teal, askush nuk kishte qenë në gjendje të prodhonte silikon me një pastërti të lartë të mjaftueshme për të zëvendësuar germaniumin, por pas vitit 1954 silic filloi zëvendësimin e germaniumit në transistorë elektronikë, dhe nga mesi i viteve 1960 transistorët e germaniumit praktikisht nuk ekzistonin.
Aplikime të reja do të vinin. Suksesi i germaniumit në transistorët e hershëm çoi në më shumë kërkime dhe në realizimin e pronave infra të kuqe të germaniumit. Në fund të fundit, kjo rezultoi në metalloid duke u përdorur si një komponent kyç i lente dhe dritareve infra të kuqe (IR).
Misionet e para të eksplorimit të hapësirës Voyager të nisura në vitet 1970 u mbështetën në fuqinë e prodhuar nga qelizat fotovoltaike të silikonit-germanium (SiGe) (PVCs). PVC-të me bazë germanium janë ende kritike për operacionet satelitore.
Rrjetet e zhvillimit dhe të zgjerimit ose të fibrave optike në vitet 1990 çuan në rritjen e kërkesës për germanium, i cili përdoret për të formuar thelbin e qelqit të kabllove me fibra optike.
Deri në vitin 2000, PVC-të me efikasitet të lartë dhe dioda të lehta (LED) të varur nga substratet e germaniumit ishin bërë konsumatorë të mëdhenj të elementit.
prodhim
Si shumica e metaleve të vogla, germani prodhohet si një nënprodukt i rafinimit të metaleve bazë dhe nuk është minuar si material primar.
Germaniumi prodhohet më së shumti nga xeherorët e zinkut të sphalerit, por njihet gjithashtu se nxirret nga qymyri i hirit (prodhuar nga termocentralet e qymyrit) dhe disa prej mineraleve të bakrit .
Pavarësisht nga burimi i materialit, të gjitha përqendrat e germaniumit pastrohen së pari duke përdorur një proces klorizimi dhe distilimi që prodhon tetrakloridin e germaniumit (GeCl4). Tetrakloridi i germaniumit hidrolizohet dhe thahen, duke prodhuar dioksid germani (GeO2). Pastaj, oksidi zvogëlohet me hidrogjen për të formuar pluhur metalik të germaniumit.
Pluhuri Germanium hidhet në bare në temperatura mbi 1720.85 ° F (938.25 ° C).
Zona e rafinimit (një proces i shkrirjes dhe ftohjes) shufrat izolon dhe heq papastërtitë dhe, në fund të fundit, prodhon bare germani me pastërti të lartë. Metali komercial germanium është shpesh më shumë se 99.999% i pastër.
Germaniumi i rafinuar nga zona mund të rritet më tej në kristale, të cilat janë të prera në copa të hollë për t'u përdorur në gjysmëpërçues dhe lente optike.
Prodhimi global i germaniumit u vlerësua nga US Geological Survey (USGS) të jetë rreth 120 tonë metrikë në vitin 2011 (germanium i përmbajtur).
Rreth 30% e prodhimit vjetor të germaniumit në botë riciklohet nga materialet e skrapuara, si p.sh. lentat IR në pension. Rreth 60% e germaniumit të përdorur në sistemet IR tani është ricikluar.
Vendet më të mëdha prodhuese të germaniumit drejtohen nga Kina, ku dy të tretat e të gjitha germaniumeve janë prodhuar në vitin 2011. Prodhues të tjerë të mëdhenj përfshijnë Kanada, Rusi, SHBA dhe Belgjikë.
Prodhuesit e mëdhenj të germaniumit përfshijnë Teck Resources Ltd , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore dhe Nanjing Germanium Co.
Aplikimet
Sipas USGS, aplikacionet e germaniumit mund të klasifikohen në 5 grupe (pasuar nga një përqindje e përafërt e konsumit total):
- Optika IR - 30%
- Fiber Optics - 20%
- Tereftalat polietileni (PET) - 20%
- Elektronike dhe diellore - 15%
- Fosforet, metalurgjia dhe organike - 5%
Kristalet e germaniumit rriten dhe formohen në lente dhe dritare për sistemet optike IR ose termike të imazhit. Rreth gjysma e të gjitha sistemeve të tilla, të cilat janë shumë të varura nga kërkesa ushtarake, përfshijnë germanium.
Sistemet përfshijnë pajisje të vogla të mbajtura me dorë dhe të armëve, si dhe sistemet ajrore, tokësore dhe detare të bazuara në automjete. Janë bërë përpjekje për të rritur tregun komercial për sistemet IR të bazuar në germanium, si në makinat e fundme, por aplikacionet jo-ushtarake ende përbëjnë vetëm rreth 12% të kërkesës.
Tetrakloridi i germaniumit përdoret si një dopant - ose shtues - për të rritur indeksin thyes në thelbin e qelqit silicë të linjave me fibra optike. Duke përfshirë germaniumin, humbja e sinjalit është e parandaluar mund të parandalohet.
Format e germaniumit përdoren gjithashtu në substrate për prodhimin e PVC-ve për të dy hapësirat (satelitët) dhe gjenerimin e energjisë tokësore.
Substrate germanium formojnë një shtresë në sistemet multilayer që përdorin gjithashtu gallium, fosfat indium, dhe arsenide gallium . Sistemet e tilla, të njohura si fotovoltaike të koncentruar (CPV) për shkak të përdorimit të lenteve të koncentrimit që e lartësojnë dritën diellore para se të konvertohet në energji, kanë nivele të larta të efikasitetit, por janë më të kushtueshme për të prodhuar sesa silikon kristalor ose indium-galium- diselenide (CIGS).
Rreth 17 tonë metrikë dioksidi i germaniumit përdoret si një katalizator polimerizimi në prodhimin e plastikës PET çdo vit. Plastika PET kryesisht përdoret në ushqime, pije dhe kontenierë të lëngshëm.
Përkundër dështimit të saj si një tranzistor në vitet 1950, germani tani përdoret bashkë me silikonin në komponentët e tranzistorit për disa telefona celularë dhe pajisje pa tela. Transistorët SiGe kanë shpejtësi më të madhe të kalimit dhe përdorin më pak energji se sa teknologjia me bazë silici. Një aplikacion i përdorimit përfundimtar për patate të skuqura SiGe është në sistemet e sigurisë së automjeteve.
Përdorime të tjera për germanium në elektronikë përfshijnë në chip memorie fazore, të cilat janë duke zëvendësuar memorien flash në shumë pajisje elektronike për shkak të përfitimeve të tyre të kursimit të energjisë, si dhe në substrate të përdorura në prodhimin e LEDs.
burimet:
USGS. Libri vjetor i mineraleve 2010: Germanium. David E. Guberman.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Shoqata e Tregëtisë së Mineraleve (MMTA). germanium
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
Muzeu CK722. Jack Ward.
http://www.ck722museum.com/