Dapatkan Info tentang Properti, Sejarah, Produksi, dan Aplikasi
Germanium adalah logam semikonduktor berwarna perak langka yang digunakan dalam teknologi inframerah, kabel serat optik, dan sel surya.
Properties
- Simbol Atom: Ge
- Nomor Atom: 32
- Elemen Kategori: Metalloid
- Densitas: 5,323 g / cm3
- Melting Point: 1720.85 ° F (938.25 ° C)
- Titik didih: 5131 ° F (2833 ° C)
- Kekerasan Mohs: 6.0
Karakteristik
Secara teknis, germanium diklasifikasikan sebagai metalloid atau semi-metal. Salah satu dari sekelompok elemen yang memiliki sifat baik logam dan non-logam.
Dalam bentuk metaliknya, germanium berwarna perak, keras, dan rapuh.
Karakteristik unik Germanium termasuk transparansi untuk radiasi elektromagnetik inframerah dekat (pada panjang gelombang antara 1600-1800 nanometer), indeks bias tinggi, dan dispersi optik rendah.
The metalloid juga semikonduktif intrinsik.
Sejarah
Demitri Mendeleev, ayah dari tabel periodik, memprediksi keberadaan unsur nomor 32, yang ia beri nama ekasilikon , pada tahun 1869. Tujuh belas tahun kemudian ahli kimia Clemens A. Winkler menemukan dan mengisolasi unsur tersebut dari mineral langka argyrodite (Ag8GeS6). Dia menamakan unsur itu setelah tanah kelahirannya, Jerman.
Selama tahun 1920-an, penelitian tentang sifat-sifat listrik germanium menghasilkan pengembangan kemurnian tinggi, satu-kristal germanium. Germanium Single-kristal digunakan sebagai meluruskan dioda dalam penerima radar microwave selama Perang Dunia II.
Aplikasi komersial pertama untuk germanium datang setelah perang, menyusul penemuan transistor oleh John Bardeen, Walter Brattain, dan William Shockley di Bell Labs pada bulan Desember 1947.
Pada tahun-tahun berikutnya, transistor yang mengandung germanium menemukan jalan mereka ke peralatan switching telepon, komputer militer, alat bantu dengar, dan radio portabel.
Namun, segalanya mulai berubah setelah 1954, ketika Gordon Teal dari Texas Instruments menemukan transistor silikon . Transistor Germanium memiliki kecenderungan untuk gagal pada suhu tinggi, masalah yang bisa diselesaikan dengan silikon.
Sampai Teal, tidak ada yang mampu menghasilkan silikon dengan kemurnian yang cukup tinggi untuk menggantikan germanium, tetapi setelah tahun 1954 silikon mulai menggantikan germanium dalam transistor elektronik, dan pada pertengahan 1960-an, transistor germanium hampir tidak ada.
Aplikasi baru akan datang. Keberhasilan germanium dalam transistor awal menyebabkan lebih banyak penelitian dan realisasi sifat inframerah germanium. Pada akhirnya, ini menghasilkan metalloid yang digunakan sebagai komponen kunci dari lensa dan jendela inframerah (IR).
Misi eksplorasi ruang angkasa Voyager pertama yang diluncurkan pada 1970-an mengandalkan tenaga yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik silikon-germanium (SiGe) (PVC). PVC berbasis Germanium masih penting untuk operasi satelit.
Pengembangan dan perluasan atau jaringan serat optik pada 1990-an menyebabkan meningkatnya permintaan untuk germanium, yang digunakan untuk membentuk inti kaca kabel serat optik.
Pada tahun 2000, PVC efisiensi tinggi dan dioda pemancar cahaya (LED) yang bergantung pada substrat germanium telah menjadi konsumen besar dari elemen tersebut.
Produksi
Seperti kebanyakan logam ringan, germanium diproduksi sebagai produk sampingan dari pemurnian logam dasar dan tidak ditambang sebagai bahan utama.
Germanium paling sering dihasilkan dari bijih seng sphalerit tetapi juga diketahui diekstraksi dari abu batubara (diproduksi dari pembangkit listrik batu bara) dan beberapa bijih tembaga .
Terlepas dari sumber bahan, semua konsentrat germanium pertama dimurnikan menggunakan proses klorinasi dan destilasi yang menghasilkan germanium tetrachloride (GeCl4). Germanium tetrachloride kemudian dihidrolisis dan dikeringkan, menghasilkan germanium dioxide (GeO2). Oksida kemudian dikurangi dengan hidrogen untuk membentuk bubuk logam germanium.
Bubuk germanium dilemparkan ke dalam bar pada suhu lebih dari 1720.85 ° F (938.25 ° C).
Pemurnian zona (proses peleburan dan pendinginan) bar mengisolasi dan menghilangkan kotoran dan, akhirnya, menghasilkan bar germanium kemurnian tinggi. Logam germanium komersial sering lebih dari 99,999% murni.
Germanium yang disubasi dengan zona lebih lanjut dapat tumbuh menjadi kristal, yang diiris menjadi potongan-potongan tipis untuk digunakan dalam semikonduktor dan lensa optik.
Produksi global germanium diperkirakan oleh US Geological Survey (USGS) sekitar 120 metrik ton pada tahun 2011 (mengandung germanium).
Diperkirakan 30% produksi germanium tahunan dunia didaur ulang dari bahan bekas, seperti lensa IR yang sudah pensiun. Diperkirakan 60% germanium yang digunakan dalam sistem IR sekarang didaur ulang.
Negara penghasil germanium terbesar dipimpin oleh China, di mana dua pertiga dari semua germanium diproduksi pada tahun 2011. Produsen utama lainnya termasuk Kanada, Rusia, AS, dan Belgia.
Produsen germanium utama termasuk Teck Resources Ltd. , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore dan Nanjing Germanium Co.
Aplikasi
Menurut USGS, aplikasi germanium dapat diklasifikasikan menjadi 5 kelompok (diikuti oleh persentase perkiraan total konsumsi):
- Optik IR - 30%
- Fiber Optik - 20%
- Polyethylene terephthalate (PET) - 20%
- Elektronik dan surya - 15%
- Fosfor, metalurgi, dan organik - 5%
Kristal Germanium ditanam dan dibentuk menjadi lensa dan jendela untuk IR atau sistem optik pencitraan termal. Sekitar setengah dari semua sistem tersebut, yang sangat bergantung pada permintaan militer, termasuk germanium.
Sistem termasuk perangkat kecil yang dipegang tangan dan senjata, serta sistem kendaraan yang dipasang di darat, darat, dan laut. Upaya telah dilakukan untuk menumbuhkan pasar komersial untuk sistem IR berbasis germanium, seperti dalam mobil high-end, tetapi aplikasi nonmiliter masih terhitung hanya sekitar 12% dari permintaan.
Germanium tetrachloride digunakan sebagai dopan - atau aditif - untuk meningkatkan indeks bias dalam inti kaca silika dari garis serat optik. Dengan menggabungkan germanium, kehilangan sinyal dicegah dapat dicegah.
Bentuk germanium juga digunakan dalam substrat untuk menghasilkan PVC baik untuk satelit berbasis ruang (satelit) dan pembangkit listrik terestrial.
Germanium substrat membentuk satu lapisan dalam sistem multilayer yang juga menggunakan gallium, indium phosphide, dan galium arsenide. Sistem seperti itu, yang dikenal sebagai fotovoltaik terkonsentrasi (CPV) karena penggunaan lensa konsentratnya yang memperbesar cahaya matahari sebelum diubah menjadi energi, memiliki tingkat efisiensi tinggi tetapi lebih mahal untuk diproduksi daripada silikon kristal atau tembaga-indium-gallium- sel diselenide (CIGS).
Sekitar 17 metrik ton germanium dioksida digunakan sebagai katalis polimerisasi dalam produksi plastik PET setiap tahun. Plastik PET terutama digunakan dalam makanan, minuman, dan wadah cair.
Meskipun kegagalannya sebagai transistor pada 1950-an, germanium sekarang digunakan bersama-sama dengan silikon dalam komponen transistor untuk beberapa ponsel dan perangkat nirkabel. SiGe transistor memiliki kecepatan switching yang lebih besar dan menggunakan daya yang lebih sedikit daripada teknologi berbasis silikon. Salah satu aplikasi penggunaan akhir untuk chip SiGe adalah sistem keamanan otomotif.
Kegunaan lain untuk germanium dalam elektronik termasuk dalam chip memori fase, yang menggantikan memori flash di banyak perangkat elektronik karena manfaat hemat energi mereka, serta dalam substrat yang digunakan dalam produksi LED.
Sumber:
USGS. Buku Tahunan Tahun 2010 Mineral: Germanium. David E. Guberman.
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/
Asosiasi Perdagangan Logam Kecil (MMTA). Germanium
http://www.mmta.co.uk/metals/Ge/
Museum CK722. Jack Ward.
http://www.ck722museum.com/