รับข้อมูลเกี่ยวกับพร็อพเพอร์ตี้ประวัติการผลิตและแอพพลิเคชัน
เจอร์ซีเนียมเป็นโลหะเซมิคอนดักเตอร์ที่มีสีเงินหายากซึ่งใช้ในเทคโนโลยีอินฟราเรดสายเคเบิลใยแก้วนำแสงและเซลล์แสงอาทิตย์
คุณสมบัติ
- สัญลักษณ์อะตอม: จีอี
- จำนวนอะตอม: 32
- หมวดหมู่: Metalloid
- ความหนาแน่น: 5.323 g / cm3
- จุดหลอมเหลว: 1720.85 ° F (938.25 ° C)
- จุดเดือด: 5131 ° F (2833 ° C)
- ความแข็ง Mohs: 6.0
ลักษณะ
ในทางเทคนิคเจอร์เมเนียมจะจัดเป็น โลหะ หรือกึ่งโลหะ หนึ่งในกลุ่มขององค์ประกอบที่มีคุณสมบัติของทั้งโลหะและอโลหะ
ในรูปของโลหะเจอร์เมเนียมเป็นสีเงินแข็งและเปราะ
ลักษณะเฉพาะของ Germanium ได้แก่ ความโปร่งแสงในการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าใกล้อินฟราเรด (ที่ความยาวคลื่นระหว่าง 1600-1800 นาโนเมตร) ดัชนีหักเหสูงและการกระจายแสงน้อย
นอกจากนี้ metalloid ยังเป็นสารกึ่งตัวนำ
ประวัติศาสตร์
Demitri Mendeleev ซึ่งเป็นพ่อของตารางธาตุคาดการณ์การมีอยู่ของธาตุ 32 ซึ่งเขาเรียกว่า ekasilicon ในปีพศ. 1869 นักเคมี Clemens A. Winkler ได้ค้นพบและแยกองค์ประกอบออกจากแร่ argyrodite ที่หาได้ยาก (Ag8GeS6) 17 ปี เขาตั้งชื่อตามหลังบ้านเกิดเมืองนอนของเขาเยอรมนี
ในช่วงปี ค.ศ. 1920 การค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับสมบัติทางไฟฟ้าของเจอร์เมเนียมทำให้เกิดการพัฒนาความบริสุทธิ์สูงของผลึกเดี่ยวเจอร์เมเนียม ใช้คริสตัลเจอร์เมเนียมเดียวเป็นไดโอดด์ที่ปรับแก้ในเครื่องรับคลื่นไมโครเวฟในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง
การประดิษฐ์เจอร์เมเนียมครั้งแรกในเชิงพาณิชย์เกิดขึ้นหลังสงครามหลังจากการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์โดย John Bardeen, Walter Brattain และ William Shockley ที่ Bell Labs ในเดือนธันวาคมปี 1947
ในปีต่อไปนี้ทรานซิสเตอร์ที่มีเจอร์เมเนียมพบทางเข้าไปในอุปกรณ์เปลี่ยนโทรศัพท์คอมพิวเตอร์ทหารเครื่องช่วยฟังและวิทยุแบบพกพา
สิ่งต่างๆเริ่มเปลี่ยนไปหลังจากปี 1954 อย่างไรก็ตามเมื่อ Gordon Teal of Texas Instruments ได้คิดค้นทรานซิสเตอร์ ซิลิคอน ทรานซิสเตอร์ Germanium มีแนวโน้มที่จะล้มเหลวที่อุณหภูมิสูงซึ่งเป็นปัญหาที่สามารถแก้ไขได้ด้วยซิลิกอน
จนกระทั่งน้านไม่มีใครสามารถผลิตซิลิคอนได้ด้วยความบริสุทธิ์สูงพอที่จะแทนที่เจอร์เมเนียม แต่หลังจากที่ซิลิคอนเริ่มปี 1954 ได้เปลี่ยนเจอร์เมเนียมในทรานซิสเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และช่วงกลางทศวรรษที่ 1960 เจอร์เมเนียมทรานซิสเตอร์ก็แทบจะไม่มีอยู่จริง
โปรแกรมใหม่มา ความสำเร็จของเจอร์เมเนียมในทรานซิสเตอร์ที่นำไปสู่การวิจัยและการตระหนักถึงคุณสมบัติอินฟราเรดของเจอร์เมเนียม สุดท้ายนี้ส่งผลให้ metalloid ถูกใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเลนส์และหน้าต่างอินฟราเรด (IR)
ภารกิจสำรวจอวกาศรอบโลกครั้งแรกในปีพศ. 1970 ได้ใช้พลังงานจากซิลิคอน - เจอร์เมเนียม (SiGe) photovoltaic cells (PVCs) Germanium-based PVCs ยังคงมีความสำคัญต่อการดำเนินงานของดาวเทียม
การพัฒนาและการขยายตัวหรือเครือข่ายใยแก้วนำแสงในปี 1990 นำไปสู่ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับเจอร์เมเนียมซึ่งใช้ในการสร้างแกนแก้วของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
ในปีพ. ศ. 2543 พีวีซีและไดโอดเปล่งแสงที่มีประสิทธิภาพสูง (LEDs) ขึ้นอยู่กับพื้นผิวเจอร์เมเนียมกลายเป็นผู้บริโภครายใหญ่ของธาตุ
การผลิต
เช่นเดียวกับโลหะที่มีอยู่น้อยที่สุดเจอร์เมเนียมถูกผลิตเป็นผลพลอยได้จากการกลั่นโลหะพื้นฐานและไม่ได้ถูกทำเหมืองเป็นวัสดุหลัก
Germanium เป็นแร่ที่ผลิตจากแร่ สังกะสีสาลฮาล ไลต์มากที่สุด แต่ยังเป็นที่รู้จักกันในนามของถ่านหินเถ้าลอย (ผลิตจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน) และแร่ ทองแดง บางชนิด
โดยไม่ต้องคำนึงถึงแหล่งกำเนิดของวัสดุใด ๆ เจอร์เมเนียมทั้งหมดจะถูกทำให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีการคลอรีนและการกลั่นซึ่งจะทำให้เกิดเจอร์เมเนียมเททคลอไรด์ (GeCl4) Germanium tetrachloride ถูกไฮโดรไลซ์และแห้งโดยการผลิตเจอร์เมเนียมไดออกไซด์ (GeO2) ออกไซด์จะลดลงด้วยไฮโดรเจนเพื่อทำเป็นผงโลหะเจอร์เมเนียม
ผงเจอร์เมเนียมถูกโยนเข้าไปในบาร์ที่อุณหภูมิ 1720.85 ° F (938.25 ° C)
(กระบวนการของการหลอมและการระบายความร้อน) บาร์แยกและขจัดสิ่งสกปรกและในที่สุดจะผลิตบาร์เทียมสีขาวที่มีความบริสุทธิ์สูง โลหะเจอร์เมเนียมในเชิงพาณิชย์มักมีความบริสุทธิ์มากกว่า 99.999%
เจอร์เมเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยโซนสามารถเจริญเติบโตเป็นคริสตัลซึ่งหั่นเป็นชิ้นเล็ก ๆ เพื่อใช้ในเซมิคอนดักเตอร์และเลนส์ออปติคอล
การผลิตจีเทเนี่ยมทั่วโลกถูกประเมินโดยการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐฯ (USGS) (USGS) ประมาณ 120 เมตริกตันในปี 2554 (มีเจอร์เมเนียม)
ประมาณ 30% ของการผลิตเจอร์เมเนียมประจำปีของโลกถูกรีไซเคิลจากเศษวัสดุเช่นเลนส์ IR ที่เลิกใช้แล้ว ประมาณ 60% ของเจอร์เมเนียมที่ใช้ในระบบ IR ถูกนำมารีไซเคิลแล้ว
ประเทศผู้ผลิตเจอร์เมเนียมที่ใหญ่ที่สุดนำโดยจีนซึ่งมีสองในสามของเจอร์เมเนียมทั้งหมดผลิตในปี 2554 ผู้ผลิตรายใหญ่อื่น ๆ ได้แก่ แคนาดารัสเซียสหรัฐอเมริกาและเบลเยี่ยม
ผู้ผลิตเจอร์เมเนียมรายใหญ่ ได้แก่ Teck Resources Ltd. , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co. , Umicore และ Nanjing Germanium Co.
การประยุกต์ใช้งาน
ตาม USGS การใช้งานเจอร์เมเนียมสามารถจำแนกออกเป็น 5 กลุ่ม (ตามด้วยเปอร์เซ็นต์การบริโภคโดยรวม):
- เลนส์ IR - 30%
- ไฟเบอร์ออปติก - 20%
- โพลีเอทิลีน terephthalate (PET) - 20%
- อิเล็กทรอนิกส์และพลังงานแสงอาทิตย์ - 15%
- สารเรืองแสงโลหะและอินทรีย์ - 5%
คริสตัล Germanium มีการเติบโตและสร้างเป็นเลนส์และหน้าต่างสำหรับ IR หรือระบบการถ่ายภาพด้วยความร้อน ประมาณครึ่งหนึ่งของระบบดังกล่าวทั้งหมดซึ่งขึ้นอยู่กับความต้องการของทหารอย่างมาก ได้แก่ เจอร์เมเนียม
ระบบประกอบด้วยอุปกรณ์พกพาขนาดเล็กและอุปกรณ์ติดตั้งอาวุธเช่นเดียวกับระบบที่ติดตั้งบนยานพาหนะทั้งทางอากาศบกและทางทะเล มีความพยายามที่จะขยายตลาดเชิงพาณิชย์สำหรับระบบ IR ที่ใช้เจอร์เมเนียมเช่นในรถยนต์ระดับไฮเอนด์ แต่การใช้งานแบบไม่ใช้ทหารถือเป็นเพียงประมาณ 12% ของความต้องการเท่านั้น
Germanium tetrachloride ใช้เป็น dopant - หรือ additive เพื่อเพิ่มดัชนีหักเหของแกนแก้วซิลิกาในเส้นใยแก้วนำแสง การผสมผสานเจอร์เมเนียมทำให้สามารถป้องกันการสูญเสียสัญญาณได้
รูปแบบของเจอร์เมเนียมยังใช้ในพื้นผิวเพื่อผลิตพีวีซีสำหรับพื้นที่ทั้งสอง (ดาวเทียม) และการผลิตพลังงานภาคพื้นดิน
เจอร์เมเนียมเป็นชั้นหนึ่งในระบบหลายชั้นที่ใช้แกลเลียมฟอสฟอรัสเทียมและ แกลเลียม arsenide ระบบดังกล่าวเรียกว่าโฟโตโวลทาอิคเข้มข้น (CPVs) เนื่องจากการใช้คอนแทคเลนส์ที่ทำให้แสงสุริยะขยายตัวก่อนที่จะถูกแปลงเป็นพลังงานมีประสิทธิภาพสูง แต่มีราคาแพงกว่าการผลิตมากกว่าซิลิกอนผลึกหรือทองแดงอินเดียมแกลเลียม - diselenide (CIGS) เซลล์
ประมาณ 17 เมตริกตันเจอร์เมเนียมไดออกไซด์ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันในการผลิตเม็ดพลาสติก PET ในแต่ละปี พลาสติก PET ใช้เป็นหลักในภาชนะบรรจุอาหารเครื่องดื่มและของเหลว
แม้จะมีความล้มเหลวในฐานะทรานซิสเตอร์ในยุค 50 เจอร์เมเนียมถูกใช้ควบคู่กับซิลิคอนในทรานซิสเตอร์สำหรับโทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์ไร้สายบางชนิด ทรานซิสเตอร์ SiGe มีความเร็วในการสลับและใช้พลังงานน้อยกว่าเทคโนโลยีที่ใช้ซิลิกอน แอพพลิเคชันสิ้นเชิงสำหรับชิป SiGe หนึ่งตัวใช้ในระบบความปลอดภัยของรถยนต์
การใช้เจอร์เมเนียมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ รวมถึงชิปหน่วยความจำระยะซึ่งจะแทนที่หน่วยความจำแบบแฟลชในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากเนื่องจากข้อดีด้านการประหยัดพลังงานและพื้นผิวที่ใช้ในการผลิตไฟ LED
แหล่งที่มา:
USGS 2010 Minerals Yearbook: Germanium David E. Guberman
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
สมาคมการค้าโลหะขนาดเล็ก (MMTA) เจอร์เมเนียม
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
พิพิธภัณฑ์ CK722 แจ็ควอร์ด
http://www.ck722museum.com/