锗的作用和用途是什么呢(稀散准金属“锗”的神奇之处)


锗的作用和用途是什么呢(稀散准金属“锗”的神奇之处)
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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)
锗的作用和用途是什么呢(稀散准金属“锗”的神奇之处)
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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 。
锗的作用和用途是什么呢(稀散准金属“锗”的神奇之处)
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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 。