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关于锗元素的前世今生

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2022-08-12 17:51:00

关于锗元素的前世今生

 

一、锗元素的发现

1871年门捷列夫根据新排出的周期表预言了锗的存在,把它命名为"类硅"。

 

1886年,德国Frieberg矿业学院分析化学教授Clemens A. Winkler在研究一种新矿石argyrodite(辉银锗矿4Ag2S•GeS2)的时候,发现有一未知的新元素并通过实验验证了自己的推断,它就是元素锗。

 

从德国的拉丁名germania命名新元素为germanium,以纪念发现锗的Clemens A. Winkler的祖国。元素符号定为Ge。锗继镓和钪后被发现,巩固了化学元素周期系。

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二、锗行业发展

锗与锡、铅在元素周期表中属同一族,后两种元素被古代人发现和利用均比锗早,而锗长时期以来没有被工业规模的开采并不是由于锗在地壳中的含量少,而是因为它是地壳中*分散的元素之一,含锗的矿石很少,被称为"稀散金属"。

 

直到20世纪30年代,由于冶炼工业的带动,锗和锗化合物的研究才有了进一步的发展。1942年,人们发现锗是优秀的半导体材料,可以用来代替真空管,这才形成了锗的工业化生产,成为半导体工业的重要原料。

 

锗在20世纪六七十年代曾经是一种典型的半导体材料,在当时的科技水平和应用环境下,享有国家战略物资的地位。随着技术进步,稀缺而昂贵的锗在半导体领域的基础应用大量被丰富而廉价的硅替代,但锗的电子迁移率和空穴迁移率比硅大,适用于超高速转换开关电路,因而在高频快速低噪声的领域,锗器件的性能远远优于硅器件。

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进入21世纪以后,锗在红外领域的应用得到了极大的开拓和提升,红外光学用锗已经跃升为金属锗的第一市场。而近年来,随着绿色革命、新能源技术的开发和应用,锗在太阳能领域高转换率、抗辐射和长寿命的特殊优势日益显现,正在成为新能源的关键材料,受到世界各国的普遍重视。

 

目前以锗为衬底的高效多节太阳能电池制造技术在国外已经成熟,在实验室里的光电转化效率达到40%以上,是硅太阳能电池的2-3倍,被广泛应用于人造卫星、航天飞机等空间航天器的太阳能电源和地面聚光太阳能发电系统。

 

此外,锗常用来制造热敏电阻、光敏电阻和半导体温度计,用于温度测量和设备的自动控制。锗在红外器件、γ辐射探测器方面,也有新的用途,如锗酸铋用于闪烁体辐射探测器。锗还同铌形成化合物,用作超导材料。作为一种高新技术材料,锗已被广泛应用于电子工业、光学工业、制药业及其他高新技术行业。

 

三、我国锗行业发展现状

我国拥有丰富且易采的锗资源,但由于前期我国对锗的开采盲目无序,导致我国锗资源没能分享到应有的利益,我国政府深刻意识到了问题的重要性和紧迫性,从2007年起,我国便通过国调整关税来持续加强对锗资源的保护。

 

2010年起,中国拉开了稀有金属整合的大幕,锗作为稀散金属,属于国家重要的战略资源,政府也对此加大保护,加强了资源整合力度,严格控制锗的产量和出口。

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国内涉锗企业的规模不算小,但高附加值锗产品与跨国企业间的差距非常大,如光纤级四氯化锗、大尺寸低位错锗单晶等产品,另外,国内后端应用(除光纤)发展相对滞后,导致国内企业的深加工主要以出口为主,因此,国内企业的竞争力仍需提高。

 

四、锗替代产品

硅比锗稍微便宜一些,在一些电子设备中可以替代锗的用途,因为一些金属化合物在高频电子设备和发光二极管设备中可被替代。在一些红外设备系统中,硒化锌和锗酸盐玻璃可替代金属锗,但其性能不及金属锗。锑和钛可以替代锗作聚合催化剂用。

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