锗的发现史及应用史简介

俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫( Dmitri Mendeleev )在他 1869 年关于化学元素周期律的报告中预测了几种未知化学元素的存在,其中一种可以填补位于硅和锡之间的碳族的空白。由于它在元素周期表中的位置,门捷列夫称其为ekasilicon,他估计其原子量为 70(后来为 72)。
1885 年中期,在萨克森州弗赖贝格附近的一个矿场,发现了一种新矿物,因其含银量高而命名为银银矿。化学家Clemens Winkler分析了这种新矿物,证明它是银、硫和一种新元素的组合。温克勒在 1886 年能够分离出这种新元素,并发现它与锑相似。他最初认为新元素是 eka-锑,但很快就确信它是eka-silicon。在温克勒发表他对新元素的研究结果之前,他决定将他的元素命名为镎,因为最近在 1846 年发现了海王星,在此之前同样有过对其存在的数学预测。然而,“镎”这个名称已经被赋予了另一个被提议的化学元素(尽管不是今天名为镎的元素,它是在 1940 年发现的)。因此,温克勒将新元素命名为锗(来自拉丁语Germania,表示德国)以纪念他的祖国。Argyrodite 凭经验证明是 Ag 8 GeS 6。因为这种新元素与砷元素有一些相似之处和锑,它在元素周期表中的适当位置正在考虑中,但它与德米特里门捷列夫预测的元素“ekasilicon”的相似性证实了它在元素周期表中的位置。1887 年,温克勒从萨克森矿山的 500 公斤矿石中获得了进一步的材料,证实了新元素的化学性质。 他还确定了72.32 的原子量分析纯四氯化锗( GeCl4),而Lecoq de Boisbaudran通过比较元素火花光谱中的线推断出 72.3。
直到 1930 年代后期,锗一直被认为是一种导电性较差的金属。直到 1945 年,当它作为电子半导体的特性得到认可时,锗才具有经济意义。二战期间,少量锗被用于一些特殊的电子设备,主要是二极管。第一个主要用途是在战争期间用于雷达脉冲检测的点接触肖特基二极管。第一个硅锗合金于 1955 年获得。1945年以前,冶炼厂每年只生产几百公斤的锗,但到1950年代末,全球年产量已达到40公吨。
1948 年锗晶体管的发展为固态电子的无数应用打开了大门。从 1950 年到 1970 年代初,这一领域为锗提供了不断增长的市场,但随后高纯度硅开始在晶体管、二极管和整流器中取代锗。例如,后来成为飞兆半导体的公司成立于 1957 年,其明确目的是生产硅晶体管。硅具有优异的电气性能,但它需要更高的纯度,这在半导体电子产品的早期无法在商业上实现。
与此同时,光纤通信网络、红外夜视系统和聚合 催化剂对锗的需求急剧增加。这些最终用途占 2000 年全球锗消费量的 85%。美国政府甚至将锗指定为战略和关键材料,要求 1987 年在国防储备中供应146吨(132 吨)。
锗与硅的不同之处在于供应受限于可开采资源的可用性,而硅的供应仅受限于生产能力,因为硅来自普通沙子和石英。虽然在 1998 年可以以每公斤不到 10 美元的价格购买到硅,锗的价格几乎是每公斤 800 美元。

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