Germanium facts for kids

Kawałek germanu

German jest pierwiastkiem chemicznym. Jego symbol chemiczny to Ge. Jego liczba atomowa wynosi 32. Został odkryty przez Klemensa Winklera. Jest to błyszczący, twardy, srebrzystobiały metaloid. Chemia germanu jest bardzo podobna do chemii cyny. German tworzy dużą liczbę związków metaloorganicznych. Jest to ważny materiał półprzewodnikowy stosowany w tranzystorach.

Produkcja

Renierite

Około 118 ton germanu zostało wyprodukowane w 2011 roku na całym świecie, głównie w Chinach (80 t), Rosji (5 t) i Stanach Zjednoczonych (3 t). German jest odzyskiwany jako produkt uboczny z rud cynku sfalerytu, gdzie jest skoncentrowany w ilości nawet 0,3%, zwłaszcza z niskotemperaturowych osadowych, masywnych złóż Zn-Pb-Cu(-Ba) i węglanowych złóż Zn-Pb. Ostatnie badania wykazały, że co najmniej 10 000 t możliwego do wydobycia germanu znajduje się w znanych zasobach cynku, szczególnie w złożach typu Mississippi-Valley, podczas gdy co najmniej 112 000 t będzie znajdować się w zasobach węgla. W 2007 roku 35% zapotrzebowania zostało zaspokojone przez german pochodzący z recyklingu.

Chociaż jest on produkowany głównie ze sfalerytu, znajduje się również w rudach srebra, ołowiu i miedzi. Innym źródłem germanu jest popiół lotny z elektrowni zasilanych ze złóż węgla, które zawierają german. Rosja i Chiny wykorzystały to jako źródło germanu. Rosyjskie złoża znajdują się na dalekim wschodzie wyspy Sachalin i na północny wschód od Władywostoku. Złoża w Chinach znajdują się głównie w kopalniach węgla brunatnego w pobliżu Lincang, Yunnan; węgiel jest również wydobywany w pobliżu Xilinhaote, Mongolia Wewnętrzna.

Zastosowanie

Typowy światłowód jednomodowy. Tlenek germanu jest domieszką w rdzeniu krzemionkowym (poz. 1).
1. Rdzeń 8 µm
2. okładzina 125 µm
3. bufor 250 µm
4. płaszcz 400 µm

Główne zastosowania końcowe germanu w 2007 roku, na świecie, oszacowano na: 35% dla optyki światłowodowej, 30% optyki podczerwieni, 15% katalizatorów polimeryzacji oraz 15% elektroniki i zastosowań w elektryce słonecznej. Pozostałe 5% poszło do takich zastosowań jak luminofory, metalurgia i chemoterapia.

Optyka

Ważne właściwości germanii (GeO2) to jej wysoki indeks załamania i niska dyspersja optyczna. Dzięki temu jest ona szczególnie przydatna w szerokokątnych obiektywach aparatów fotograficznych, mikroskopii oraz jako rdzeń światłowodów. Zastąpił on tytanię jako domieszkę do włókien krzemionkowych, eliminując późniejszą obróbkę cieplną, która powodowała kruchość włókien. Pod koniec 2002 r. przemysł światłowodowy zużył 60% rocznego zużycia germanu w Stanach Zjednoczonych, ale jest to mniej niż 10% światowego zużycia. GeSbTe jest materiałem zmiennofazowym wykorzystywanym ze względu na swoje właściwości optyczne, takie jak te stosowane w płytach DVD wielokrotnego zapisu.

Ponieważ german jest przezroczysty w zakresie fal podczerwonych, jest ważnym materiałem optycznym w zakresie podczerwieni, który może być łatwo cięty i polerowany w soczewkach i oknach. Jest on szczególnie wykorzystywany jako przedni układ optyczny w kamerach termowizyjnych pracujących w zakresie od 8 do 14 mikronów do pasywnego obrazowania termicznego oraz do wykrywania gorących punktów w zastosowaniach wojskowych, noktowizyjnych i przeciwpożarowych. Jest on stosowany w spektroskopach na podczerwień i innych urządzeniach optycznych, które wymagają niezwykle czułych detektorów podczerwieni. Ma bardzo wysoki współczynnik załamania światła (4,0) i musi być pokryty środkami antyrefleksyjnymi. W szczególności, bardzo twarda specjalna powłoka antyrefleksyjna z węgla diamentopodobnego (DLC), współczynnik załamania 2,0, jest dobrze dopasowana i wytwarza diamentowo twardą powierzchnię, która może wytrzymać wiele nadużyć środowiskowych.

Elektronika

Moduły słoneczne montowane na trackerach słonecznych

Stopy krzemowo-germanowe szybko stają się ważnym materiałem półprzewodnikowym dla szybkich układów scalonych. Obwody wykorzystujące właściwości złącz Si-SiGe mogą być znacznie szybsze niż te wykorzystujące sam krzem. Krzem-german zaczyna zastępować arsenek galu (GaAs) w urządzeniach komunikacji bezprzewodowej. Układy SiGe, z szybkich właściwości, mogą być wykonane z tanich, dobrze ugruntowanych technik produkcji przemysłu chipów krzemowych.

Panele słoneczne są głównym zastosowaniem germanu. German jest podłożem wafli dla wysokiej wydajności ogniw fotowoltaicznych multijunction do zastosowań kosmicznych. Diody LED o wysokiej jasności, stosowane w reflektorach samochodowych i do podświetlania ekranów LCD, są ważnym zastosowaniem.

Ponieważ german i arsenek galu mają bardzo podobne stałe sieciowe, podłoża germanowe mogą być używane do produkcji ogniw słonecznych z arsenku galu. The Mars Exploration Rovers i kilka satelitów używać potrójnego złącza arsenku galu na germanu cells.

German na izolatory podłoża są postrzegane jako potencjalny zamiennik dla krzemu na zminiaturyzowanych chipów. Inne zastosowania w elektronice obejmują luminofory w lampach fluorescencyjnych i półprzewodnikowe diody elektroluminescencyjne (LED). Tranzystory germanowe są nadal używane w niektórych pedałach efektów przez muzyków, którzy chcą odtworzyć charakterystyczny charakter tonalny „fuzz”-tone z wczesnej ery rock and rolla, zwłaszcza Dallas Arbiter Fuzz Face.

Inne zastosowania

Butelka PET

Dwutlenek germanu jest również stosowany w katalizatorach polimeryzacji w produkcji politereftalanu etylenu (PET). Wysoki blask tego poliestru jest szczególnie preferowany w przypadku butelek PET sprzedawanych w Japonii. W Stanach Zjednoczonych german nie jest stosowany w katalizatorach polimeryzacji.

Dzięki podobieństwu między krzemionką (SiO2) i dwutlenkiem germanu (GeO2), krzemionkowa faza stacjonarna w niektórych kolumnach do chromatografii gazowej może być zastąpiona przez GeO2.

W ostatnich latach german był coraz częściej stosowany w stopach metali szlachetnych. W stopach srebra, na przykład, zmniejsza ogień, zwiększa odporność na matowienie i poprawia twardość wytrącania. Odporny na matowienie stop srebra o nazwie handlowej Argentium zawiera 1,2% germanu.

Detektory półprzewodnikowe wykonane z pojedynczego kryształu germanu wysokiej czystości mogą precyzyjnie identyfikować źródła promieniowania – na przykład w ochronie lotniska. German jest przydatny do monochromatorów dla linii wiązek używanych w rozpraszaniu neutronów pojedynczego kryształu i synchrotronowej dyfrakcji rentgenowskiej. Refleksyjność ma przewagę nad krzemem w zastosowaniach neutronowych i rentgenowskich wysokiej energii. Kryształy germanu o wysokiej czystości są używane w detektorach do spektroskopii gamma i poszukiwania ciemnej materii. Kryształy germanu są również wykorzystywane w spektrometrach rentgenowskich do oznaczania fosforu, chloru i siarki.

German pojawia się jako ważny materiał dla spintroniki i spinowych aplikacji obliczeniowych opartych na kwantach. W 2010 roku naukowcy zademonstrowali transport spinowy w temperaturze pokojowej, a ostatnio wykazano, że spiny elektronów donorowych w germanie mają bardzo długie czasy koherencji.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Obrazy dla dzieci

• 

  .

  Dymitr Mendelejew

• 

  Próbki związków germanu przygotowane przez Clemensa Winklera, odkrywcę pierwiastka

.