ゲルマニウムは、記号 Ge を持つ固体で光沢のある化学元素です。この元素の原子番号は 32、原子量は 72.60 です。ゲルマニウムは半金属元素としてグループ化されています。つまり、この炭素グループの元素は、金属と非金属の両方の化学元素特性を持っています。純粋なゲルマニウムは、半導体ベースの製品で主に使用される半導体タイプの元素です。
日常生活でのゲルマニウムの使用は、光学アプリケーションや半導体エレクトロニクス産業を中心にさまざまな産業で見られます。ゲルマニウムは、光ファイバー システム、太陽電池、LED、重合触媒、赤外線光学などで使用されています。この記事では、ゲルマニウムの発見、自然界での存在、特性など、日常生活でのゲルマニウムの用途について説明します。
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- 生化学の応用
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- ヘリウムの使用
ゲルマニウムの発見
フランシウム元素と同様に、ゲルマニウムの発生はドミトリ・メンデレフによって以前に予測されていました. 1869 年、元素の周期表を整理する際に、原子番号 32、原子量 70 の新しい元素が存在し、周期表の元素間のギャップを埋めると仮定しました。彼は、その周期表のケイ素とスズの元素の間にギャップがあることを発見しました.当時、彼はこの元素をエカシリコンと名付けました。
1886 年、クレメンス A. ウィンクラーという名前のドイツの化学者が、銀鉱山の鉱物サンプルからゲルマニウムを発見することに成功しました。それから彼は、アルギロダイトとして知られる彼の鉱物サンプルが、73-75 % の銀、17-18 % の硫黄、0.2 % の水銀、および 6-7 % の新元素で構成されていることを分析しました。この新しい元素は、当時彼がゲルマニウムと呼んだエカシリコン元素に属しています。ゲルマニウムの名前自体は、ウィンクラーの出身国であるドイツを意味するラテン語の「ゲルマニア」に由来しています。自然界では、アーギロダイト、ブリアータイト、ゲルマナイト、レニエライトなどのいくつかの鉱物にゲルマニウムが含まれています。
地球の地殻で利用できるゲルマニウムはわずか 1.6 ppm です。今日、一般的なゲルマニウム元素は、金属精錬製品や特定の石炭灰から得られます。ゲルマニウムには、質量数が 58 ～ 85 の範囲の 24 の既知の同位体があります。自然界におけるゲルマニウムの一般的な発生は、5 つの同位体の混合です。最も豊富な同位体は Ge で、自然界に存在するゲルマニウム全体から 35.9% の存在量があります。
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実際、さまざまな用途での日常生活でのゲルマニウムの使用法は次のとおりです。
<強い>1.光学アプリケーション
今日、ゲルマニウムは、光ファイバー、カメラ レンズ、顕微鏡などの光学用途で広く使用されています。ゲルマニウムは、屈折率が高く、光学分散特性が低いため、光学用途に適しています。光ファイバーの用途では、現在、光ファイバーのコア部分のシリカファイバーのドーパントとして、ゲルマニウムがチタニア元素に取って代わりつつあります。ゲルマニウムは繊維をもろくする可能性のある熱を取り除くことができます。米国では、光ファイバー産業でのゲルマニウムの使用は、年間のゲルマニウム全体の使用量の 60% に達しています。 GeSbTe として知られるゲルマニウム シリカは、書き換え可能な DVD 素材などの他の光学用途にも使用されます。
光学用途におけるゲルマニウムのもう 1 つの一般的な用途は、広角カメラのレンズです。これは、ゲルマニウムが赤外線波長で透明に見えるためです。ゲルマニウムは、レンズや窓として製造するためにカットして磨くのも非常に簡単です. 8 から 14 ミクロンの範囲で動作する熱画像カメラのようなカメラ レンズで、ゲルマニウムが日常生活で広く使用されていることがわかります。
この種のカメラは、通常、軍事、消防アプリケーション、およびモバイル暗視アプリケーションでのパッシブ赤外線画像およびホット スポーツ検出に使用されます。ゲルマニウムは、その特性により、赤外線分光器の用途や、非常に高感度の赤外線検出を必要とするその他の用途にも使用できます。ゲルマニウムの屈折率は 4.0 と高いため、反射防止材料でコーティングする必要があります。
バカジュガ:
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<強い>2.電子申請
ゲルマニウムは、非常に最初の人気のある半導体材料の 1 つです。以前は、半導体エレクトロニクスの最初の開発では、主要な材料としてゲルマニウムが使用されていました。しかし、今日、ほとんどの半導体エレクトロニクスは、トランジスタ、ダイオード、およびその他の電子デバイスを製造するための主要な材料として高純度シリコンを使用しています。この事実にもかかわらず、ゲルマニウムは高速で高性能の集積回路アプリケーション用の半導体として依然として使用されています.
SiGe と呼ばれるゲルマニウムとシリコンの混合物は、純粋なシリコン材料に比べて速度が速くなります。 SiGe 集積回路は、低コストで作成でき、それでも高速性能を示します。ゲルマニウムは、特殊な音楽効果などの特定のトランジスタ アプリケーションにもまだ使用されています。一部のミュージシャンは、今でもゼラニウム トランジスタをエフェクト ペダルに使用して、ファズ トーンと呼ばれる独特のトーンを生成しています。このトーンは、ロックンロールの初期にその特別で独特なトーン特性で人気がありました。
エレクトロニクス産業におけるゲルマニウムの次の一般的な用途は、ソーラーパネルです。ゲルマニウムは、ウェーハ基板の多接合太陽電池として最適な材料です。この材料は、高効率を発揮し、宇宙用途で非常に優れた性能を発揮します。ゲルマニウムはガリウム砒素と同様の格子定数を持っているため、この元素を使用してガリウム砒素太陽電池を作ることができます.
火星探査車や一部の人工衛星などの宇宙探査では、ゲルマニウム セルに三重接合ガリウム ヒ素が使用されています。日常生活、特に電子機器への応用におけるゲルマニウムのその他の優れた用途は、蛍光灯や固体 LED に見ることができます。いくつかの大きな蛍光管は、光る能力を与える内部コーティングで構成されています。このコーティングの一般的な元素の 1 つはゲルマニウムです。ゲルマニウムは、蛍光灯の蛍光体として最適です。
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より多くのゲルマニウムを使用
ゲルマニウムは、光学およびエレクトロニクス用途での大量の用途以外にも、重合触媒、冶金、化学などのさまざまな分野で多くの用途があります。以下は、日常生活におけるゲルマニウムの注目すべき用途のリストです:
<強い>3.重合の触媒として
ゲルマニウムは、ポリエチレン テレフタレート (PET) と呼ばれる特殊なプラスチック タイプの製造における重合触媒として使用されます。このような方法は、日本のペットボトルを製造する工場で適用されています。ただし、米国では、ゲルマニウムは重合触媒の一般的な材料ではありません.
<強い>4.ガスクロマトグラフィーで
ゲルマニウムは、シリカの代わりにガスクロマトグラフィーアプリケーションでも使用されています。二酸化ゲルマニウム (GeO2 ) は、シリカ (SiO2) と多くの類似した特性を持っています。 ) と二酸化ゲルマニウムにより、ガスクロマトグラフィーカラムのシリカ固定相を置き換えるのに最適です。
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<強い>5.金属合金で
高価な金属合金でのゲルマニウムの使用は、常に増加しています。金属合金としてのゲルマニウムの一般的な用途の 1 つは、スターリング シルバー合金です。この製品では、ゲルマニウムがファイアスケールを減少させ、耐変色性を改善し、析出硬化を促進します。アルジェニウムは、約 1.2% のゲルマニウム元素を含むこの銀合金の例です。
<強い>6.半導体検出器と X 線
ゲルマニウムは、空港のセキュリティ検出などの特定のアプリケーションで半導体検出器としても広く使用されています。この種の検出器では、放射線源の識別に単一の高純度が使用されます。この純粋なゲルマニウムは、ガンマ分光アプリケーションの検出器としても使用されます。これは暗黒物質の研究に非常に役立ちます.
ゲルマニウムは、検出器アプリケーションでの使用とは別に、X 線分光計でも有益です。この物質は、リン、塩素、硫黄元素を検出する能力を持っています。ゲルマニウムは、ビームラインのモノクロメーターとしての用途もあります。このゲルマニウムは、シンクロトロン X 線回折やその他の高エネルギー X 線アプリケーションで使用されていることがわかります。ゲルマニウムは、その反射特性のためにシリコンよりも選択されています.
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7.スピントロニクスの応用
ゲルマニウムは現在、スピントロニクスやその他のスピンベースの量子コンピューティング アプリケーションにとって最も重要な新しい材料の 1 つになりつつあります。以前、いくつかの研究は、ゲルマニウム元素のスピン輸送とドナー電子スピンが室温で長いコヒーレンス時間条件を示すことを示しました。これにより、ゲルマニウムはスピントロニクス アプリケーションの優れた代替品になります。
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ゲルマニウム プロパティ
ゲルマニウムは、光沢のある硬い構造を持つ結晶の形をしています。灰白色の半金属要素です。ゲルマニウムも半導体元素であり、導電体（電気を通す）と絶縁体（電気を通さない）の性質が混在しています。ゲルマニウムとその酸化物は、赤外線の存在に対して透明です。水の性質と同じように、凍ったまま膨張する特殊な性質を持っています。
実際には、シリコン、ビスマス、ガリウム、アンチモンなど、この特殊な特性を持つ他の化学元素もあります。ゲルマニウムの融点は 1211.40 K (938.25°C)、沸点は 3106 K (2833°C) です。密度は 1 立方センチメートルあたり 5.323 グラムです。化学的に、ゲルマニウム元素は高温 (250 °C) でゆっくりと酸化して GeO
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