German (Ge)
German (Ge)
German (Ge) jest dość twardym materiałem przepuszczającym promieniowanie podczerwone (IR) powyżej 2 µm oraz blokującym promieniowanie widzialne (VIS) i ultrafioletowe (UV).
Jest powszechnie stosowany w termografice (zobrazowaniu podczerwieni), bo obejmuje całe pasmo termiczne od 8 do 14 mikronów. Wykonuje się z niego soczewki i okienka, które mogą być dodatkowo pokrywane warstwą przeciwodblaskową (AR) z diamentu, co czyni je bardziej twardymi, nadającymi się do optyki czołowej.
W zakresie od 2 do 14 mikronów w temperaturze pracy do 45 ⁰C german przepuszcza ok. 45% promieniowania. Przepuszczalność obniża się powoli dla temperatur do 100 ⁰C, a następnie ulega gwałtownemu spadkowi dla 200 ⁰C. Podgrzanie go do wyższej temperatury może prowadzić do zniszczenia materiału. W temperaturze rzędu 200 ⁰C i wyższych german nie nadaje się do użycia. Należy brać pod uwagę stosunkowo dużą gęstość germanu, co może sprawić, że jego waga w pewnych zastosowaniach może być problemem. German ma twardość HK780, nieco wyższą niż GaAs. Jego własności mechaniczne są zbliżone do właściwości GaAs.
Typowe zastosowania okienek z germanu obejmują zobrazowanie termiczne, w którym materiał może być używany jako element układu optycznego, a jego współczynnik załamania sprawia, że german jest użyteczny dla obiektywów szerokokątnych i mikroskopów. Dodatkowo, komponenty z germanu mogą być używane do systemów spektroskopii FLIR (Forward Looking Infrared) i FTIR (Fourier Transformed Infrared), a także w innych narzędziach analitycznych.
German jest materiałem często stosowanym do produkcji pryzmatów dla spektroskopii ATR (Atenuated Total Reflection). Jego współczynnik załamania światła powoduje, że german jest naturalnym 50% rozpraszaczem światła bez potrzeby stosowania dodatkowych powłok. German jest również szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, półprzewodnikach, komunikacji światłowodowej, optyce na podczerwień, ogniwach słonecznych, biomedycynie, produkcji filtrów optycznych i innych dziedzinach.
Uwagi
Monokryształy germanu uzyskuje się (wyciąga) techniką Czochralskiego Europie, USA i Chinach. Współczynnik załamania światła germanu szybko zmienia się wraz z temperaturą i materiał staje się nieprzejrzysty dla wszystkich długości fali nieco powyżej 350K ponieważ pasmo zabronione jest zalewane elektronami termalnymi.
Właściwości okienek germanowych:
| Zakres promieniowania: | 1,8 μm do 23 μm |
|
Wsp. załamania światła: |
4,0026 dla 11 μm |
|
Straty rozproszeniowe: |
53% dla 11 μm (dwie powierzchnie) |
|
Współczynnik pochłaniania: |
<0,027 cm-1 dla 10.6 μm |
|
dn/dT: |
396 x 10-6 /°C |
|
dn/dμ = 0: |
prawie stały |
|
Gęstość: |
5,33 g/cm3 |
|
Temperatura topnienia: |
936 °C |
|
Przewodność cieplna: |
58,61 W m-1 K-1 dla 293K |
|
Rozszerzalność cieplna: |
6,1 x 10-6/°C dla 298K |
|
Twardość: |
Knoop 780 |
|
Ciepło właściwe: |
310 J Kg-1 K-1 |
|
Stała dielektryczna: |
16,6 dla 9,37 GHz przy 300K |
|
Moduł Young'a (E): |
102,7 GPa |
|
Moduł Shear'a (G): |
67 GPa |
|
Moduł Bulk'a (K): |
77,2 GPa |
|
Współczynnik elastyczności: |
C11=129; C12=48,3; C44=67,1 |
|
Pozorna granica sprężystości: |
89,6 MPa (13000 psi) |
|
Współczynnik Poisson'a: |
0,28 |
|
Rozpuszczalność: |
Nierozpuszczalny w wodzie |
|
Masa cząsteczkowa: |
72,59 |
|
Klasa / Struktura: |
Sześcienny diament, Fd3m |
Współczynnik załamania światła:
| µm | No | µm | No | µm | No |
|
2,058 |
4,102 |
2,153 |
4,0919 |
2,313 |
4,0786 |
|
2,437 |
4,0708 |
2,577 |
4,0609 |
2,714 |
4,0562 |
|
2,998 |
4,0452 |
3,303 |
4,0369 |
4,258 |
4,0216 |
|
4,866 |
4,017 |
6,238 |
4,0094 |
8,660 |
4,0043 |
|
9,720 |
4,0034 |
11,04 |
4,0026 |
12,00 |
4,0023 |
|
13,02 |
4,0021 |
