锗是什么?这种元素有何特性与用途?

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锗是一种化学元素,位于元素周期表的碳族,原子序数为32。

锗,化学符号为Ge,是一种具有金属和非金属性质的类金属元素,以下是关于锗的详细介绍:

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1、基本信息

原子序数:32

原子量:72.64

物理性质:纯锗是一种银白色的金属,质地较软,它的熔点为1210℃,沸点为2830℃,晶体结构为面心立方晶胞,每个晶胞内含有4个金属原子。

化学性质:化学性质稳定,不溶于单一酸和碱,但溶于王水、浓硝酸或硫酸,容易被氧化并产生二氧化锗。

分布情况:地壳中的含量为百万分之六,资源比较分散,几乎没有含量较多的矿床,中国是全球第二大锗生产国,云南、吉林、内蒙古等地有丰富的锗矿资源。

2、历史发现

1865年,德国化学家克莱门斯·温克勒在分析硫银锗矿时发现了锗,由于他在化学上的贡献,温克勒获得了1914年的诺贝尔化学奖。

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3、制备方法

火法:包括高温氧化焙烧、蒸馏、还原等步骤,适用于处理高品位锗精矿。

湿法:包括浸出、溶剂萃取、离子交换等步骤,适用于处理低品位锗精矿。

4、应用领域

红外光学领域:二氧化锗具有高折射率和良好的光学性能,被广泛用于制造红外光学元件,如红外镜头、滤光片等,这些元件在夜视仪、热成像仪、光纤通信等领域发挥着重要作用。

半导体领域:锗是重要的半导体材料之一,可用于制造晶体管、二极管、集成电路等电子器件,在早期半导体工业中,锗晶体管曾得到广泛应用,随着硅材料的兴起,锗在半导体领域的应用逐渐减少,但在一些特殊领域,如高速电子器件、光电器件等方面,锗仍然具有独特的优势。

光纤通信领域:锗可以用于制造光纤通信中的光纤预制棒、掺铒光纤放大器等关键部件,掺铒光纤放大器利用锗作为基质材料,掺杂铒离子实现对光信号的放大,大大提高了光纤通信的传输距离和容量。

太阳能电池领域:锗太阳能电池具有较高的转换效率和良好的耐高温性能,可用于制作空间太阳能电池板,为卫星、航天器等提供动力,锗还可与其他半导体材料结合,制成异质结太阳能电池,进一步提高电池的性能。

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其他领域:锗还可用于制造催化剂、荧光材料、合金等,锗铝合金可用于制造航空航天零部件;锗青铜合金可用于制造精密仪器零件等。

5、市场价值

近年来,随着科技的不断进步,锗的应用领域不断扩大,市场需求也在逐年增加,据统计,全球锗市场规模预计将在未来几年内保持较高的增长率。

锗作为一种重要的稀有金属元素,在多个领域都发挥着不可替代的作用,随着科技的不断发展和创新,相信锗的应用前景将更加广阔。

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