锗

锗在现代技术中发挥着关键作用，其主要应用集中在半导体器件、光纤系统和红外光学设备领域。在半导体行业中，锗作为最早用于晶体管和二极管的材料之一，具有重要的历史意义，尽管硅已经在大多数应用中取代了它。然而，锗在高频电子领域仍有重要的专门用途，其较高的电子迁移率使其适用于射频应用和高速开关器件。锗被广泛用于生产硅锗（SiGe）合金，这些合金对于制造高性能微处理器和无线通信芯片至关重要。这些SiGe半导体能够提高电子设备的处理速度和能源效率。锗最重要的现代应用是光纤通信，其中二氧化锗用于制造具有增强传输性能的光纤。锗的高折射率有助于制造阶跃型光纤，使其能够以极小的信号损耗传输远距离数据。在红外光学领域，锗对于制造热成像相机、夜视设备和军事监视系统所使用的透镜、窗口和棱镜不可或缺。航空航天和国防工业依靠锗光学元件制造卫星传感器、导弹制导系统和红外光谱设备。太阳能电池技术利用锗作为高效多结太阳能电池的衬底，用于太空应用，在这些应用中最大化发电量至关重要。医疗领域将锗用于专业成像设备和某些替代医学应用，但关于其健康益处的科学证据仍然有限。研究人员还在继续探索锗在量子计算中的潜在应用，锗量子点在量子信息处理方面展现出良好前景。

如今，锗最广泛的应用是光纤电缆，这些电缆构成全球互联网基础设施的骨干，其中掺锗二氧化硅玻璃能够实现跨洲高速数据传输。每部智能手机和每台计算机处理器中都含有能够提升性能、降低功耗的硅锗合金。安全系统、汽车夜视和医学热成像中使用的红外相机都依赖锗透镜和光学元件。为太空任务设计的太阳能板，包括为卫星和国际空间站供电的太阳能板，都使用锗衬底以实现最高效率。军方和执法机构使用基于锗的热成像设备进行监视和搜索行动。工业质量控制系统采用锗红外探测器来监控制造过程并检测温度变化。汽车制造商将锗增强型半导体集成到高级驾驶辅助系统和电动汽车电力电子设备中。医疗机构在某些类型的辐射监测和成像设备中使用锗探测器。世界各地的研究实验室利用锗晶体进行伽马射线能谱分析和核物理实验。可再生能源行业在聚光光伏系统中使用锗，这些系统会跟踪太阳以实现最大化发电。消费电子产品受益于电源管理电路中的锗合金，这些合金能够延长电池续航时间。甚至吉他放大器和高端音频设备等专业应用，有时也会采用锗晶体管，以获得其独特的声音特性。

锗是地壳中相对稀有的元素，平均浓度约为1.6 ppm，其丰度与银大致相当，但经济提取难度要大得多。锗很少以集中矿床的形式存在，通常作为微量元素存在于各种矿石中。煤是锗最重要的来源之一，尤其是褐煤和次烟煤矿床，其中锗浓度可达到数百ppm。煤在发电厂燃烧时，锗会富集在粉煤灰中，使煤灰成为提取锗的可行来源。锌矿，尤其是闪锌矿，含有微量锗，而商业锗生产大多来自锌精炼过程的副产品。铜矿也含有少量锗，特别是在硫化物矿床中，锗会在晶体结构中取代其他金属。一些铅矿和银矿含有可回收数量的锗，不过这些来源的经济重要性较低。硫银锗矿是一种银锗硫化物矿物，历史上曾是锗生产的重要来源，也是最初分离出该元素的矿物。其他含锗矿物还包括锗石、铼锗矿和硫银锡矿，但这些矿物都很稀有，且没有进行商业开发。海水中的锗浓度极低，约为0.05 ppb，因此从海水中提取锗在经济上不可行。一些植物，尤其是某些水稻和豆科植物，可以从土壤中富集锗，从而使这些农产品中的锗浓度升高。锗资源的地理分布与煤矿床和基本金属采矿区密切相关，中国、美国、俄罗斯和加拿大都是重要来源。