稀散準金屬“鍺”的神奇之處
發布時間: 22-02-27 點擊:636
鍺在漢字中雖然是“金”字旁,但它是一種稀有準金屬,通俗點講就是,它的性質是一半石頭、一半金屬,能被用作半導體。鍺同碳、硅、錫、鉛同屬于碳族,最外層有4個電子。它的化學符號是Ge,原子序數是32。
鍺最早于1886年,由化學家克萊門斯·溫克勒(Clemens Winkler)通過分析銀輝石礦而被發現,溫克勒為了紀念自己的祖國德國,將這種新發現的元素命名為(Germania),所以我們叫它鍺是一種直譯。
鍺單質是一種灰白色類金屬,有光澤,質硬,熔點為939°C、沸點為2833°C,與同族的錫與硅相近,不溶于水、鹽酸、稀苛性堿溶液,溶于王水、濃硝酸或硫酸,具有兩性,故溶于熔融的堿、過氧化堿、堿金屬硝酸鹽或碳酸鹽,在空氣中緩慢氧化,在自然界中,鍺共有五種同位素:Ge70,Ge72,Ge73,Ge74,Ge76。
鍺在地殼中的含量為百萬分之2,是地殼中第52個最豐富的元素,作為對比,硅在地殼中的含量為28%,是第二大含量的元素。但鍺是地殼中最分散的元素之一,含鍺的礦石很少,所以長時期以來沒有被工業規模的開采,同鎘、鎵、銦、鉈、硒、碲、錸7種元素同被稱為稀散元素或稀散金屬,稀散金屬對高科技和未來能源的發展具有舉足輕重的地位, 被西方發達國家視為21世紀的戰略物資, 并加以資源保護和戰略儲備。
紅外光學透鏡、棱鏡、高透光玻璃(主要應用領域)
鍺在紅外光學方面的用量占總用量之首,鍺晶體折射系數很高,只對紅外光透明,而對可見光和紫外光不透明,作為光學材料具有獨特的優異性能,用于制作專透紅外光鍺窗、棱鏡及透鏡,美國和日本一直把鍺烷作為戰略儲備物資用于軍事方面。
軍用熱成像系統要求光學系統有較大的通光口徑和大的相對孔徑,因而需要用到高質量大直徑的鍺晶體,一個熱成像儀的光學系統必須有3-7個透鏡或棱鏡,這樣就需要幾公斤鍺晶體。
但在紅外方面并非不可替代,氟化鈣,晶體硅或新開發的特殊類型的硫屬化物玻璃均可用于替代。
二氧化鍺制作的鍺玻璃,比類似的硅酸鹽玻璃具有更高的折射率和色散,紅外光透過率可達70一80%,可用于制造相機的廣角透鏡和顯微鏡。
光纖中的鍺是以高純四氯化鍺作為原料,在光纖加工過程中變成為二氧化鍺,摻雜后,可提高光纖折射率,降低信號傳輸的損耗。
半導體
鍺在1950年至1970年間,曾被大量制造成鍺晶體管,后因硅的提純技術發展和大量使用才漸漸被替代,但鍺器件具有其它器件所無法比擬的優越性,鍺具有非常小的飽和電阻,幾乎無熱輻射、功耗極小等優點,因而仍被應該于特殊領域的特定場景。鍺烷還應用于 90 nm以上 CMOS( 數碼攝像器材感光元件)的生產。
鍺還可被用作電離輻射探測器,主要應用在核物理領域,用于檢測伽馬光譜和X射線光譜。鍺探測器有鍺(鋰)探測器和高純度鍺探測器兩種,(鋰)探測器需要在液氮下工作和保存。高純度鍺探測器則可以在室溫下工作,但純度要求極高(99.99999999999%),其大直徑單晶只有美、法、德、比利時等國能小批量生產。