Germanium – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos du Germanium

Le germanium est un métalloïde brillant, dur et blanc grisâtre du groupe du carbone, chimiquement similaire à ses voisins du groupe de l’étain et du silicium. Le germanium pur est un semi-conducteur d’apparence similaire au silicium élémentaire.

Résumé

Élément	Germanium
Numéro atomique	32
Catégorie d’élément	Métalloïdes
Phase à STP	Solide
Densité	5,323 g/cm3
Résistance à la traction ultime	135 MPa
Limite d’élasticité	135 MPa
Module d’élasticité de Young	103 GPa
Échelle de Mohs	6
Dureté Brinell	N / A
Dureté Vickers	N / A
Point de fusion	938,3°C
Point d’ébullition	2820°C
Conductivité thermique	59,9 W/mK
Coefficient de dilatation thermique	6 µm/mK
Chaleur spécifique	0,32 J/g·K
Température de fusion	36,94 kJ/mol
Chaleur de vaporisation	330,9 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	1E9
Susceptibilité magnétique	−76,8e-6cm^3/mol

Applications du Germanium

En spectroscopie gamma, le germanium est préféré en raison de son numéro atomique beaucoup plus élevé que le silicium et qui augmente la probabilité d’interaction des rayons gamma. De plus, le germanium a une énergie moyenne inférieure nécessaire pour créer une paire électron-trou, qui est de 3,6 eV pour le silicium et de 2,9 eV pour le germanium. Cela procure également à ce dernier une meilleure résolution en énergie. Un grand semi-conducteur au germanium propre et presque parfait est idéal comme compteur de radioactivité. Cependant, il est difficile et coûteux de fabriquer de gros cristaux avec une pureté suffisante. D’autre part, pour atteindre une efficacité maximale, les détecteurs doivent fonctionner aux très basses températures de l’azote liquide (-196°C), car à température ambiante, le bruit causé par l’excitation thermique est très élevé. Étant donné que les détecteurs au germanium produisent la résolution la plus élevée couramment disponible aujourd’hui,

 

 

Production et prix du Germanium

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Germanium pur se situaient autour de 3600 $/kg.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Germanium

Force du Germanium

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Germanium

La résistance à la traction ultime du germanium est de 135 MPa.

Limite d’élasticité du Germanium

La limite d’élasticité du germanium  est de 135 MPa.

Module de Young du Germanium

Le module de Young du Germanium est de 103 GPa.

Dureté du Germanium

En science des matériaux, la dureté  est la capacité à résister à  l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du Germanium est d’environ N/A.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du Germanium est d’environ N/A.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le germanium a une dureté d’environ 6.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Germanium – Structure cristalline

Une structure cristalline possible du  germanium est la structure cubique du diamant à faces centrées.

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Germanium

Propriétés thermiques du Germanium

Germanium – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du Germanium est de 938,3°C.

Le point d’ébullition du Germanium est de 2820°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Germanium – Conductivité thermique

La conductivité thermique du Germanium est de 59,9 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que  la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Germanium

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du Germanium est  de 6 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Germanium – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du germanium est de 0,32 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du germanium est de 36,94 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du germanium est de 330,9 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces d’attraction intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Germanium – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Germanium

La résistivité électrique du Germanium est de 1E9 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont le germanium conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Germanium

La susceptibilité magnétique du Germanium est de −76,8e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du germanium en réponse à un champ magnétique appliqué.