Belajar Tentang germanium

Germanium adalah logam semikonduktor yang berwarna perak yang digunakan dalam teknologi inframerah, kabel serat optik, dan sel suria.

Properties

• Simbol Atom: Ge
• Nombor Atom: 32
• Kategori Unsur: Metalloid
• Ketumpatan: 5. 323 g / cm3
• Takat Lebur: 1720. 85 ° F (938. 25 ° C)
• Titik Didih: 5131 ° F (2833 ° C)
• Kekerasan Mohs: 6. 0

Ciri-ciri

Secara teknikal, germanium dikelaskan sebagai metaloid atau separa logam. Salah satu kumpulan elemen yang mempunyai sifat kedua-dua logam dan bukan logam.

Dalam bentuk logamnya, germanium berwarna perak, keras, dan rapuh. Ciri-ciri unik Germanium termasuk ketelusannya kepada radiasi elektromagnetik inframerah (pada panjang gelombang antara 1600-1800 nanometer), indeks biasan tinggi dan penyebaran optik yang rendah.

Metalloid juga semikonduktif secara intrinsik.

Sejarah

Demitri Mendeleev, bapa dari jadual berkala, meramalkan kewujudan unsur nombor 32, yang dinamakannya

ekasilicon , pada tahun 1869. Tujuh belas tahun kemudian ahli kimia Clemens A. Winkler menemui dan mengasingkan unsur dari argirodit mineral jarang (Ag8GeS6). Dia menamakan elemen itu selepas tanah airnya, Jerman. Semasa tahun 1920-an, penyelidikan ke atas sifat elektrik germanium menghasilkan kemurnian tinggi, germanium tunggal kristal. Germanium kristal tunggal digunakan sebagai pembetulkan diod dalam penerima radar gelombang mikro semasa Perang Dunia II.

Permohonan komersil pertama untuk germanium datang selepas perang, menyusul penemuan transistor oleh John Bardeen, Walter Brattain, dan William Shockley di Bell Labs pada bulan Disember 1947.

Pada tahun-tahun berikutnya , transistors yang mengandungi germanium mendapati jalan ke peralatan pensuisan telefon, komputer ketenteraan, alat bantuan pendengaran dan radio mudah alih.

Perkara mula berubah selepas 1954, bagaimanapun, apabila Gordon Teal dari Texas Instruments mencipta transistor silikon. Transistor Germanium mempunyai kecenderungan untuk gagal pada suhu tinggi, masalah yang boleh diselesaikan dengan silikon.

Sehingga Teal, tiada siapa yang dapat menghasilkan silikon dengan kesucian yang cukup tinggi untuk menggantikan germanium, tetapi selepas 1954 silikon mula menggantikan germanium dalam transistor elektronik, dan pada pertengahan tahun 1960-an, transistor germanium hampir tidak wujud.

Aplikasi baru akan datang. Kejayaan germanium pada transistor awal menyebabkan lebih banyak kajian dan realisasi sifat inframerah germanium. Pada akhirnya, ini menghasilkan metaloid yang digunakan sebagai komponen utama inframerah (IR) dan tingkap.

Misi penerokaan ruang Voyager pertama yang dilancarkan pada tahun 1970-an bergantung kepada kuasa yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik silikon-germanium (SiGe) (PVC).PVC berasaskan Germanium masih penting untuk operasi satelit.

Rangkaian pembangunan dan pengembangan atau gentian optik pada tahun 1990-an membawa kepada peningkatan permintaan untuk germanium, yang digunakan untuk membentuk teras kaca kabel gentian optik.

Menjelang tahun 2000, PVC dan kecekapan tinggi diod pemancar cahaya (LED) bergantung kepada substrat germanium telah menjadi pengguna besar elemen.

Pengeluaran

Seperti logam yang paling kecil, germanium dihasilkan sebagai hasil sampingan daripada penapisan logam asas dan tidak dilombong sebagai bahan utama.

Germanium paling banyak dihasilkan daripada bijih seng sphalerite tetapi juga dikenali untuk diekstrak dari arang batu lalat (dihasilkan dari loji janakuasa arang batu) dan sesetengah bijih tembaga.

Terlepas dari sumber bahan, semua konsentrasi germanium pertama dimurnikan menggunakan proses klorinasi dan penyulingan yang menghasilkan germanium tetrachloride (GeCl4). Germanium tetrachloride kemudian dihidrolisiskan dan dikeringkan, menghasilkan germanium dioksida (GeO2). Oksida kemudian dikurangkan dengan hidrogen membentuk serbuk logam germanium.

Serbuk Germanium dibuang ke dalam bar pada suhu lebih dari 1720. 85 ° F (938. 25 ° C).

Penyulingan zon (proses peleburan dan penyejukan) bar mengasingkan dan menghilangkan kekotoran dan, pada akhirnya, menghasilkan bar germanium ketulenan yang tinggi. Logam germanium komersial seringkali lebih daripada 99. 999% tulen.

Germanium zon yang diperbaiki dengan zon boleh ditanam ke dalam kristal, yang dihiris menjadi kepingan nipis untuk digunakan dalam semikonduktor dan kanta optik.

Pengeluaran germanium global dianggarkan oleh US Geological Survey (USGS) kira-kira 120 metrik tan pada tahun 2011 (terkandung germanium).

Kira-kira 30% daripada pengeluaran germanium tahunan di dunia dikitar semula daripada bahan-bahan bekas, seperti kanta IR bersara. Dianggarkan 60% daripada germanium yang digunakan dalam sistem IR kini dikitar semula.

Negara penghasil germanium terbesar diketuai oleh China, di mana dua pertiga daripada semua germanium dihasilkan pada tahun 2011. Pengeluar utama lain termasuk Kanada, Rusia, Amerika Syarikat, dan Belgium.

Pengeluar germanium utama termasuk Teck Resources Ltd, Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore dan Nanjing Germanium Co.

Aplikasi

Menurut USGS, aplikasi germanium dapat dikelaskan kepada 5 kumpulan (diikuti oleh kira-kira peratus daripada jumlah penggunaan):

Optik IR - 30%

Serat Optik - 20%

1. Polietilena tereftalat (PET) - 20%
2. Elektronik dan solar - 15%
3. Phosphors, metalurgi dan organik - 5%
4. Kristal germanium ditanam dan dibentuk menjadi kanta dan tingkap untuk IR atau sistem optik pengimejan haba. Kira-kira setengah daripada semua sistem sedemikian, yang sangat bergantung kepada permintaan ketenteraan, termasuk germanium.
5. Sistem termasuk peranti kecil yang dipegang tangan dan senjata, serta sistem kenderaan yang dipasang di udara, tanah, dan berasaskan laut. Usaha telah dibuat untuk mengembangkan pasaran komersil untuk sistem IR berasaskan germanium, seperti di kereta mewah, tetapi aplikasi bukan militer masih memakan hanya kira-kira 12% daripada permintaan.

Germanium tetrachloride digunakan sebagai dopan atau tambahan - untuk meningkatkan indeks biasan dalam teras kaca silika garisan serat optik. Dengan menggabungkan germanium, kehilangan isyarat yang dicegah boleh dicegah.

Bentuk germanium juga digunakan dalam substrat untuk menghasilkan PVC bagi kedua-dua angkasa (satelit) dan penjanaan kuasa darat.

Substrat Germanium membentuk satu lapisan dalam sistem multilayer yang juga menggunakan gallium, indium phosphide, dan gallium arsenide. Sistem seperti itu, yang dikenali sebagai photovoltaic tertumpu (CPV) kerana penggunaan lensa menumpukan mereka yang membesarkan cahaya matahari sebelum ia ditukar kepada tenaga, mempunyai tahap kecekapan tinggi tetapi lebih mahal untuk menghasilkan daripada silikon kristal atau tembaga-indium-galium- sel-sel (CIGS).

Kira-kira 17 metrik tan germanium dioksida digunakan sebagai pemangkin pempolimeran dalam pengeluaran plastik PET setiap tahun. Plastik PET terutamanya digunakan dalam bekas makanan, minuman, dan cecair.

Walaupun kegagalannya sebagai transistor pada tahun 1950-an, germanium kini digunakan seiring dengan silikon dalam komponen transistor untuk beberapa telefon bimbit dan peranti tanpa wayar. Transistor SiGe mempunyai kelajuan beralih yang lebih besar dan menggunakan kuasa kurang daripada teknologi berasaskan silikon. Satu aplikasi penggunaan akhir untuk cip SiGe adalah dalam sistem keselamatan automotif.

Kegunaan lain untuk germanium dalam elektronik termasuk dalam cip memori fasa, yang menggantikan memori flash di banyak peranti elektronik kerana manfaat penjimatan tenaga mereka, serta substrat yang digunakan dalam pengeluaran LED.

Sumber:

USGS. 2010 Buku Tahunan Mineral: Germanium. David E. Guberman.

_{// minerals. usg. gov / mineral / pub / komoditi / germanium /}

_{Persatuan Perdagangan Minor Kecil (MMTA). Germanium}
// www. mmta. co. uk / logam / Ge /

_{Muzium CK722. Jack Ward.}
// www. ck722museum. com /