تعرف على الجرمانيوم

الجرمانيوم هو معدن نادر ذو لون فضي نادر يستخدم في تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء وكابلات الألياف البصرية والخلايا الشمسية.

بروبيرتيز

• الرمز الذري: غي
• العدد الذري: 32
• عنصر الفئة: ميتالويد
• الكثافة: 5. 323 g / cm3
• نقطة الانصهار: 1720. 85 ° F (938. 25 ° C)
• نقطة الغليان: 5131 ° F (2833 ° C)
• صلابة موس: 6. 0

الخصائص

من الناحية الفنية، يصنف الجرمانيوم كمعدن أو شبه معدن. واحدة من مجموعة من العناصر التي تمتلك خصائص كل من المعادن وغير المعادن.

في شكله المعدني، الجرمانيوم هو الفضة في اللون، من الصعب، وهشة.

تشمل الخصائص الفريدة للجرمانيوم شفافيتها للإشعاع الكهرومغناطيسي القريب من الأشعة تحت الحمراء (عند أطوال موجية تتراوح بين 1600-1800 نانومتر)، ومؤشر الانكسار العالي، وتشتتها الضوئية المنخفضة.

المعدن هو أيضا سيميكونديكتيف جوهريا.

التاريخ

توقع ديميتري مندليف، والد الجدول الدوري، وجود عنصر رقم 32، الذي أطلق عليه اسم إكاسيليكون ، في عام 1869. وبعد سبعة عشر عاما اكتشف الكيميائي كليمنس أ. العنصر من أرجيروديت المعدنية النادرة (Ag8GeS6). وقد أطلق عليه اسم العنصر بعد وطنه، ألمانيا.

خلال 1920s، أدى البحث في الخواص الكهربائية للجرمانيوم في تطوير عالية النقاء، واحدة من الكريستال الجرمانيوم. تم استخدام الجرمانيوم أحادية البلورة كثنائيات تصحيحية في مستقبلات الرادار الميكروويف خلال الحرب العالمية الثانية.

- 3>>

جاء أول تطبيق تجاري للجرمانيوم بعد الحرب، بعد اختراع الترانزستورات من قبل جون باردين، والتر براتين، وويليام شوكلي في مختبرات بيل في ديسمبر من عام 1947.

في السنوات التالية ، وجدت الترانزستورات المحتوية على الجرمانيوم طريقها إلى أجهزة تبديل الهاتف، وأجهزة الكمبيوتر العسكرية، وأجهزة السمع وأجهزة الراديو المحمولة.

بدأت الأمور تتغير بعد عام 1954، ومع ذلك، عندما اخترع جوردون تيل من شركة تكساس إنسترومنتس الترانزستور السيليكون. كان الترانزستورات الجرمانيوم ميل إلى الفشل في درجات حرارة عالية، وهي المشكلة التي يمكن حلها مع السيليكون.

حتى تيل، لم يكن أحد قادرا على إنتاج السيليكون بنقاوة عالية بما فيه الكفاية لتحل محل الجرمانيوم، ولكن بعد عام 1954 بدأ السيليكون استبدال الجرمانيوم في الترانزستورات الإلكترونية، وبحلول منتصف 1960s، الترانزستورات الجرمانيوم كانت تقريبا غير موجودة.

كانت هناك طلبات جديدة. نجاح الجرمانيوم في الترانزستورات في وقت مبكر أدى إلى مزيد من البحوث وتحقيق خصائص الأشعة تحت الحمراء الجرمانيوم. وفي نهاية المطاف، أدى ذلك إلى استخدام الفلزات كعنصر رئيسي من العدسات والنوافذ تحت الحمراء (إر).

اعتمدت أول بعثات استكشاف الفضاء فوياجر التي بدأت في 1970s على الطاقة التي تنتجها السيليكون الجرمانيوم (سيج) الخلايا الضوئية (بك).ولا تزال ال بك التي تعتمد على الجرمانيوم حاسمة بالنسبة للعمليات الساتلية.

أدى التوسع والتوسع أو شبكات الألياف البصرية في التسعينيات إلى زيادة الطلب على الجرمانيوم، الذي يستخدم لتشكيل النواة الزجاجية من كابلات الألياف الضوئية.

بحلول عام 2000، أصبحت بك ذات الكفاءة العالية والثنائيات الباعثة للضوء (ليدس) التي تعتمد على ركائز الجرمانيوم مستهلكين كبيرين للعنصر.

الإنتاج

مثل معظم المعادن الثانوية، يتم إنتاج الجرمانيوم كمنتج ثانوي لتكرير المعادن الأساسية ولا يتم استخراجه كمواد أولية.

الجرمانيوم هو الأكثر شيوعا تنتج من خامات الزنك سباليريت ولكن من المعروف أيضا أن يتم استخراجها من الفحم الرماد المتطاير (تنتج من محطات توليد الطاقة الفحم) وبعض خامات النحاس.

بغض النظر عن مصدر المواد، يتم تنقية جميع مركزات الجرمانيوم أولا باستخدام عملية المعالجة بالكلور والتقطير التي تنتج رابع كلوريد الجرمانيوم (GeCl4). ثم يتم تحلل وتجفيف رابع كلوريد الجرمانيوم، مما ينتج ثاني أكسيد الجرمانيوم (GeO2). ثم يتم تخفيض أكسيد مع الهيدروجين لتشكيل مسحوق معدن الجرمانيوم.

يلقي مسحوق الجرمانيوم في القضبان عند درجات حرارة تزيد عن 1720. 85 درجة فهرنهايت (938. 25 درجة مئوية).

منطقة تكرير (عملية ذوبان والتبريد) القضبان يعزل ويزيل الشوائب، وفي نهاية المطاف، تنتج عالية النقاء الجرمانيوم القضبان. معدن الجرمانيوم التجاري هو في كثير من الأحيان أكثر من 99. 999٪ نقية.

يمكن زيادة زراعة الجرمانيوم المكرر إلى بلورات، والتي يتم تقطيعها إلى قطع رقيقة للاستخدام في أشباه الموصلات والعدسات البصرية.

وقد قدر الإنتاج العالمي من الجرمانيوم من قبل المسح الجيولوجي الأمريكي (أوسغس) إلى ما يقرب من 120 طن متري في عام 2011 (تحتوي على الجرمانيوم).

يقدر أن 30٪ من إنتاج الجرمانيوم السنوي في العالم يعاد تدويره من مواد الخردة، مثل عدسات الأشعة تحت الحمراء المتقاعدة. ويتم حاليا إعادة تدوير 60٪ من الجرمانيوم المستخدم في أنظمة الأشعة تحت الحمراء.

تقود الصين أكبر الدول المنتجة للجرمانيوم، حيث تم إنتاج ثلثي جميع الجرمانيوم في عام 2011. ومن بين المنتجين الرئيسيين الآخرين كندا وروسيا والولايات المتحدة الأمريكية وبلجيكا.

التطبيقات

وفقا ل أوسغس، يمكن تصنيف تطبيقات الجرمانيوم إلى 5 مجموعات (تليها مجموعة من منتجات الجرمانيوم) تيك ريسورسز المحدودة، يونان لينكانغ شينيوان الجرمانيوم الصناعية شركة، أوميكور ونانجينغ الجرمانيوم شركة

التطبيقات <

1. إر البصريات - 30٪
2. الألياف البصرية - 20٪
3. البولي إيثيلين تيريفثالات (بيت) - 20٪
4. الإلكترونية والشمسية - 15٪
5. الفوسفور والمعادن العضوية - 5٪

تزرع بلورات الجرمانيوم وتشكلت في العدسات والنافذة ل إر أو أنظمة التصوير الحراري الضوئية. ونحو نصف هذه النظم، التي تعتمد اعتمادا كبيرا على الطلب العسكري، تشمل الجرمانيوم.

تشمل الأنظمة أجهزة محمولة باليد وأسلحة محمولة، فضلا عن أنظمة جوية وأرضية ومركبة على متن مركبة. وقد بذلت جهود لنمو السوق التجارية لنظم الأشعة تحت الحمراء القائمة على الجرمانيوم، مثل السيارات الراقية، ولكن لا تزال التطبيقات غير العسكرية تمثل حوالي 12٪ فقط من الطلب.

يستخدم رابع كلوريد الجرمانيوم كدوبانت - أو مضافة - لزيادة معامل الانكسار في جوهر زجاج السيليكا من خطوط الألياف الضوئية. من خلال دمج الجرمانيوم، ومنع فقدان إشارة يمكن منعها.

وتستخدم أشكال الجرمانيوم أيضا في ركائز لإنتاج بك لكل من الفضاء (الأقمار الصناعية) وتوليد الطاقة الأرضية.

ركائز الجرمانيوم تشكل طبقة واحدة في أنظمة متعددة الطبقات التي تستخدم أيضا الغاليوم، فوسفيد الإنديوم، و زرنيخيد الغاليوم. هذه الأنظمة، المعروفة باسم الخلايا الكهروضوئية المركزة (كبفس) نظرا لاستخدامها للعدسات المركزة التي تضخم الضوء الشمسي قبل تحويلها إلى طاقة، لها مستويات عالية الكفاءة ولكنها أكثر تكلفة للتصنيع من السيليكون البلوري أو النحاس-إنديوم-الغاليوم- ديسلينيد (سيغس).

يستخدم ما يقرب من 17 طن متري من ثاني أكسيد الجرمانيوم كمحفز للبلمرة في إنتاج البلاستيك بيت كل عام. يستخدم البلاستيك بيت في المقام الأول في المواد الغذائية والمشروبات، والسائلة الحاويات.

على الرغم من فشله كترانزستور في الخمسينات، يستخدم الجرمانيوم الآن جنبا إلى جنب مع السيليكون في مكونات الترانزستور لبعض الهواتف المحمولة والأجهزة اللاسلكية. الترانزستورات سيج لديها أكبر سرعة التحول واستخدام طاقة أقل من التكنولوجيا القائمة على السيليكون. أحد تطبيقات الاستخدام النهائي لرقائق سيج هو في أنظمة سلامة السيارات.

وتشمل الاستخدامات الأخرى للجرمانيوم في الإلكترونيات في رقائق الذاكرة المرحلة، والتي تحل محل ذاكرة فلاش في العديد من الأجهزة الإلكترونية بسبب فوائدها الموفرة للطاقة، وكذلك في ركائز المستخدمة في إنتاج المصابيح.

_{المصادر:}

_{أوسغس. 2010 حولية المعادن: الجرمانيوم. ديفيد إي. جوبرمان.}
هتب: // مينيرالس. هيئة المسح الجيولوجي الامريكية. غوف / المعادن / الحانات / السلع / الجرمانيوم /

_{المعادن الصغرى رابطة التجارة (ممت). الجرمانيوم}
هتب: // شبكة الاتصالات العالمية. MMTA. شارك. أوك / ميتالس / غي /

_{متحف CK722. جاك وارد.}
هتب: // ووو. ck722museum. كوم /