锗是一种稀有的银色半导体金属，用于红外技术、光纤电缆和太阳能电池。

性质

• 原子符号：Ge
• 原子序数：32
• 元素类别：类金属
• 密度：5.323g/cm3
• 熔点：1720.85华氏度（938.25摄氏度）
• 沸点：5131华氏度（2833摄氏度）
• 莫氏硬度：6.0

特点

从技术上讲，锗被归类为类金属或半金属。具有金属和非金属特性的一组元素之一。

在金属形态中，锗的颜色为银，坚硬而易碎。

锗的独特特性包括其对近红外电磁辐射（波长在1600-1800纳米之间）的透明性、高折射率和低光学色散。

类金属本质上也是半导体。

历史

周期表之父德米特里·门捷列夫（Demitri Mendeleev）在1869年预言了32号元素的存在，并将其命名为ekasilicon。17年后，化学家克莱门斯·温克勒（Clemens A.Winkler）从稀有矿物银辉石（Ag8GeS6）中发现并分离出这种元素。他以祖国德国的名字命名该元素。

20世纪20年代，对锗电学性质的研究导致了高纯度单晶锗的发展。在第二次世界大战期间，单晶锗被用作微波雷达接收机的整流二极管。

1947年12月，约翰·巴丁、沃尔特·布拉坦和威廉·肖克利在贝尔实验室发明晶体管后，锗的第一次商业应用出现在战后。在接下来的几年里，含锗晶体管被用于电话交换设备、军用计算机、助听器和便携式收音机。

然而，1954年后情况开始发生变化，德克萨斯仪器公司的戈登·蒂尔发明了硅晶体管。锗晶体管在高温下容易失效，这一问题可以用硅来解决。在Teal之前，没有人能够生产出足够高纯度的硅来取代锗，但在1954年之后，硅开始取代电子晶体管中的锗，到20世纪60年代中期，锗晶体管几乎不存在。

新的申请即将出台。锗在早期晶体管中的成功导致了更多的研究和锗红外特性的实现。最终，这导致类金属被用作红外（IR）透镜和窗口的关键部件。

20世纪70年代，旅行者号发射的第一次太空探索任务依靠硅锗（SiGe）光伏电池（PVC）产生的电力。锗基PVC仍然是卫星运行的关键。

20世纪90年代，光纤网络的发展和扩展导致对锗的需求增加，锗用于形成光纤电缆的玻璃芯。

到2000年，依赖于锗衬底的高效PVC和发光二极管（LED）已成为该元素的大用户。

生产

像大多数次要金属一样，锗是作为贱金属精炼的副产品生产的，而不是作为主要原料开采的。

锗通常由闪锌矿锌矿石生产，但也可从粉煤灰煤（从燃煤发电厂生产）和一些铜矿石中提取。

无论材料来源如何，所有锗浓缩物都首先通过氯化和蒸馏过程进行提纯，产生四氯化锗（GeCl4）。然后四氯化锗水解并干燥，生成二氧化锗（GeO2）。然后用氢还原氧化物，形成锗金属粉末。

锗粉在1720.85°F（938.25°C）以上的温度下铸入棒材中。

区域精炼（熔化和冷却的过程）棒分离并去除杂质，最终生产高纯度锗棒。商用锗金属的纯度通常超过99.999%。

区域精炼锗可以进一步生长成晶体，切成薄片用于半导体和光学透镜。

美国地质调查局（USGS）估计2011年全球锗产量约为120公吨（含锗）。

据估计，全世界每年锗产量的30%是从废弃材料中回收的，如退役红外透镜。据估计，红外系统中使用的锗现在有60%被回收利用。

最大的锗生产国是中国，2011年中国生产了三分之二的锗。其他主要生产国包括加拿大、俄罗斯、美国和比利时。

主要的锗生产商包括泰克资源有限公司、云南临沧鑫源锗业有限公司和南京锗业有限公司。

应用

根据美国地质调查局的数据，锗应用可分为5类（其次是总消耗量的近似百分比）：

1. 红外光学-30%
2. 光纤-20%
3. 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）-20%
4. 电子和太阳能-15%
5. 冶金和有机荧光粉-5%

锗晶体被生长并形成红外或热成像光学系统的透镜和窗口。在严重依赖军事需求的所有此类系统中，约有一半包括锗。

系统包括小型手持和武器安装设备，以及基于空中、陆地和海上的车载系统。已经做出努力来扩大锗基红外系统的商业市场，如高端汽车，但非军事应用仍然只占需求的12%左右。

四氯化锗用作掺杂剂或添加剂，以增加光纤线路石英玻璃芯的折射率。通过加入锗，可以防止信号丢失。

锗的形式也被用于制造用于天基（卫星）和地面发电的PVC基板。

锗衬底在也使用镓、磷化铟和砷化镓的多层系统中形成一层。这种系统被称为集中光伏（CPV），因为它们使用聚光透镜，在太阳光转换为能量之前将其放大，效率高，但制造成本比晶体硅或铜铟镓二硒化物（CIGS）电池更高。

每年大约有17公吨的二氧化锗被用作PET塑料生产中的聚合催化剂。PET塑料主要用于食品、饮料和液体容器。

尽管锗在20世纪50年代作为晶体管失败，但现在在一些手机和无线设备的晶体管组件中与硅一起使用。与硅基技术相比，SiGe晶体管具有更高的开关速度和更低的功耗。SiGe芯片的一个终端应用是在汽车安全系统中。

锗在电子产品中的其他用途包括同相存储芯片，由于其节能优势，正取代许多电子设备中的闪存，以及用于LED生产的基板。

资料来源：

美国地质调查局。2010年矿物年鉴：锗。大卫·E·古伯曼。http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/

小金属贸易协会（MMTA）。胚芽aniumhttp://www.mmta.co.uk/metals/Ge/

CK722博物馆。杰克·沃德。http://www.ck722museum.com/