Germanium powder 99,999%
Germanium powder
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Als Mendeleev 1869 sein erstes Periodensystem der Elemente veröffentlichte, enthielt er mehrere noch unentdeckte Elemente. Er gab jedem einen vorübergehenden Namen und sagte seine Eigenschaften voraus, basierend auf den umgebenden Elementen. Eines davon hieß ekasilicon, und Mendeleev prognostizierte fast perfekt die Eigenschaften des tatsächlichen Elements, das 1886 von Clemens Winkler entdeckt und nach seiner Heimat Deutschland benannt wurde: also Germanium.
Germanium ist ein halbleitendes Metalloid mit siliciumähnlichen Eigenschaften, und seine Verwendung in elektronischen Bauelementen datierte der Verwendung des bekannteren Elements voraus. Die ersten Transistoren wurden 1947 in Bell Labs aus Germanium hergestellt. Letztendlich führten die verfügbaren Technologien für die Verwendung mit Silizium und die Fülle an Silizium zu vielen weiteren Halbleiteranwendungen mit Silizium, einschließlich Standard-Computerchips, und Germanium spielte über viele Jahre eine begrenzte Rolle in Halbleiterbauelementen. Heute machen neue Technologien Germanium jedoch wieder zu einem Schlüsselmaterial für elektronische Anwendungen. Germanium ist in einigen Arten von Photovoltaikzellen, die zur Gewinnung von Sonnenenergie verwendet werden, Silizium vorzuziehen und wird als wichtiges Trägermaterial bei der Herstellung von LEDs mit hoher Helligkeit für Taschenlampen, Rücklichter, Kameras, Verkehrssignale und Bildschirme verwendet. Germanium ist als LED-Komponente manchmal der Alternative Galliumarsenid vorzuziehen, da es weniger häufig bricht und weniger Entsorgungsprobleme aufwirft. Darüber hinaus werden Mikrochip-Designs mit Germanium-auf-Isolator- oder Silizium-Germanium-Technologie zunehmend eingesetzt.
Ein weiterer wichtiger Verwendungszweck von Germanium sind die günstigen optischen Eigenschaften des Germaniums und einiger seiner Verbindungen. Germaniumoxid hat einen hohen Brechungsindex und eine geringe optische Streuung, wodurch es für die Verwendung in Weitwinkelobjektiven und einigen Mikroskopen geeignet ist. Germaniumoxid verleiht auch einige dieser Eigenschaften, wenn es als Dotierungsmittel in Quarzglas verwendet wird, und wird als solches im Kern von optischen Fasern verwendet. Eine zusätzliche nützliche optische Eigenschaft ist, dass Germaniumglas für Infrarotstrahlung transparent ist. Es wird daher in Wärmebildkameras, Nachtsichtsystemen und empfindlichen Infrarotdetektoren verwendet. Eine andere Verwendung von Germanium in optischen Systemen ist das Material Germanium-Antimon-Tellur oder GeSbTe, ein Phasenänderungsmaterial, das in wiederbeschreibbaren optischen Platten (CD-RW, DVD-RW) und anderen Phasenänderungsspeichervorrichtungen verwendet wird.
Zusätzlich zu seinen elektronischen und optischen Anwendungen findet Germanium auch in einigen anderen Schlüsselbereichen Verwendung. Germaniumoxid wird als Katalysator bei der Herstellung vieler Kunststoffe verwendet. Wenn Germanium in kleinen Mengen zu Sterlingsilber hinzugefügt wird, reduziert es Brand und Anlaufen und macht das endgültige Metall härter. Im Gegensatz zu früheren Vorstellungen hat Germanium nachweislich keine medizinische Funktion und wird beim Verzehr als potenziell gefährlich angesehen. Dennoch enthalten einige Nahrungsergänzungsmittel das Element.
Germanium Metall
Obwohl Germanium nicht besonders selten ist, ist es in keinem Mineral in einem Prozentsatz enthalten, der ausreicht, um speziell Germanium abzubauen. Stattdessen wird Germanium aus Konzentraten gewonnen, die bei der Gewinnung anderer Metalle, insbesondere von Zink, als Nebenprodukte anfallen, und zusätzlich aus der Flugasche einiger Kohlekraftwerke gewonnen.
Hochreines Germaniumpulver wird produziert in möglichst geringen mittleren Korngrößen zur Herstellung gepresster und gebundener Sputtertargets sowie für chemische Abscheidungsprozesse (CVD) und physikalische Abscheidungsprozesse (PVD), einschließlich thermischer und Elektronenstrahlverdampfung (E-Beam), niedrig Temperaturorganische Verdampfung, Atomlagenabscheidung (ALD), metallorganische und chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD). Pulver eignen sich auch für alle Anwendungen, bei denen große Oberflächen erwünscht sind, z. B. für die Wasseraufbereitung sowie für Brennstoffzellen- und Solaranwendungen. Nanopartikel produzieren auch sehr hohe Oberflächen. Standardpulverteilchengrößen liegen im Durchschnitt im Bereich von – 325 Mesh, – 100 Mesh, 10-50 Mikron und Submikron (<1 Mikron). Germanium wird auch als Stab, Barren, Stücke, Pellets, Scheiben, Granulate, Draht und in zusammengesetzten Formen, wie Oxid produziert.
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