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稀散准金属“锗”的神奇之处

发布时间: 22-02-27 点击:325

锗在汉字中虽然是“金”字旁,但它是一种稀有准金属,通俗点讲就是,它的性质是一半石头、一半金属,能被用作半导体。锗同碳、硅、锡、铅同属于碳族,最外层有4个电子。它的化学符号是Ge,原子序数是32。


锗最早于1886年,由化学家克莱门斯·温克勒(Clemens Winkler)通过分析银辉石矿而被发现,温克勒为了纪念自己的祖国德国,将这种新发现的元素命名为(Germania),所以我们叫它锗是一种直译。


锗单质是一种灰白色类金属,有光泽,质硬,熔点为939°C、沸点为2833°C,与同族的锡与硅相近,不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液,溶于王水、浓硝酸或硫酸,具有两性,故溶于熔融的碱、过氧化碱、碱金属硝酸盐或碳酸盐,在空气中缓慢氧化,在自然界中,锗共有五种同位素:Ge70,Ge72,Ge73,Ge74,Ge76。


锗在地壳中的含量为百万分之2,是地壳中第52个最丰富的元素,作为对比,硅在地壳中的含量为28%,是第二大含量的元素。但锗是地壳中最分散的元素之一,含锗的矿石很少,所以长时期以来没有被工业规模的开采,同镉、镓、铟、铊、硒、碲、铼7种元素同被称为稀散元素或稀散金属,稀散金属对高科技和未来能源的发展具有举足轻重的地位, 被西方发达国家视为21世纪的战略物资, 并加以资源保护和战略储备。


红外光学透镜、棱镜、高透光玻璃(主要应用领域)


锗在红外光学方面的用量占总用量之首,锗晶体折射系数很高,只对红外光透明,而对可见光和紫外光不透明,作为光学材料具有独特的优异性能,用于制作专透红外光锗窗、棱镜及透镜,美国和日本一直把锗烷作为战略储备物资用于军事方面。


军用热成像系统要求光学系统有较大的通光口径和大的相对孔径,因而需要用到高质量大直径的锗晶体,一个热成像仪的光学系统必须有3-7个透镜或棱镜,这样就需要几公斤锗晶体。


但在红外方面并非不可替代,氟化钙,晶体硅或新开发的特殊类型的硫属化物玻璃均可用于替代。


二氧化锗制作的锗玻璃,比类似的硅酸盐玻璃具有更高的折射率和色散,红外光透过率可达70一80%,可用于制造相机的广角透镜和显微镜。


光纤中的锗是以高纯四氯化锗作为原料,在光纤加工过程中变成为二氧化锗,掺杂后,可提高光纤折射率,降低信号传输的损耗。


半导体


锗在1950年至1970年间,曾被大量制造成锗晶体管,后因硅的提纯技术发展和大量使用才渐渐被替代,但锗器件具有其它器件所无法比拟的优越性,锗具有非常小的饱和电阻,几乎无热辐射、功耗极小等优点,因而仍被应该于特殊领域的特定场景。锗烷还应用于 90 nm以上 CMOS( 数码摄像器材感光元件)的生产。


锗还可被用作电离辐射探测器,主要应用在核物理领域,用于检测伽马光谱和X射线光谱。锗探测器有锗(锂)探测器和高纯度锗探测器两种,(锂)探测器需要在液氮下工作和保存。高纯度锗探测器则可以在室温下工作,但纯度要求极高(99.99999999999%),其大直径单晶只有美、法、德、比利时等国能小批量生产。


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