ธาตุเจอร์เมเนียม (Germanium)
หนึ่งในสุดยอดธาตุด้านคุณสมบัติเชิงแสง
ธาตุเจอร์เมเนียมเป็นธาตุกึ่งโลหะ (metalloid) ที่มีคุณสมบัติหลายอย่างคล้ายกับธาตุซิลิคอนที่อยู่ในหมู่เดียวกัน ชื่อของมันถูกตามประเทศเยอรมัน บ้านเกิดเมืองนอนของนักเคมี คลีเมนส์ วิงค์เลอร์ (Clemens Winkler) ผู้ค้นพบ
ธาตุเจอร์เมเนียมกลายมาเป็นวัสดุแรกๆที่ใช้ทำทรานซิสเตอร์ (Transistor) ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญที่ใช้ขยายสัญญาณ หรือ สวิตซ์เปิด-ปิดในวงจรอิเล็กทรอนิกส์มากมาย แม้ว่าในเวลาต่อมาซิลิคอนจะได้รับความนิยมใช้มากกว่า แต่ก็กล่าวได้ว่าเจอร์เมเนียมได้เปิดประตูแห่งโลกอิเล็กทรอนิกส์ไว้เป็นธาตุแรก
นอกจากนี้มันยังมีบทบาทสำคัญในโลกของการส่งสัญญาณด้วยใยแก้วนำแสงด้วย
ใยแก้วนำแสงนั้นเป็นหนึ่งในสุดยอดเทคโนโลยีที่กลายเป็นสิ่งสำคัญในโลกแห่งข้อมูลข่าวสาร ผู้ใช้งานอินเทอร์เน็ตมากมายล้วนแล้วแต่พึ่งพาการส่งข้อมูลผ่านเส้นใยแก้วนำแสงเป็นเรื่องปกติ แสงถูกส่งผ่านเส้นใยแก้วเล็กๆเป็นระยะทางมากๆได้อย่างน่าทึ่ง
ใยแก้วนำแสงมีลักษณะเป็นท่อทรงกระบอกยาวที่มีโครงสร้างหลายชั้นโดยแสงเดินทางผ่านใจกลางแล้วเกิดการสะท้อนกลับบริเวณด้านนอกแล้วเดินทางต่อไปเรื่อยๆ ใจกลางของใยแก้วนำแสงมักจะใช้วัสดุที่มีเจอร์เมเนียมไดออกไซด์เจืออยู่จนได้คุณสมบัติเชิงแสงตามที่ต้องการ ไม่น่าแปลกใจที่ปัจจุบันธาตุเจอร์เมเนียมที่ผลิตได้เกินกว่า 1 ใน 3 ถูกใช้ไปกับการผลิตใยแก้วนำแสง
เจอร์เมเนียมไดออกไซด์นั้นมีค่าการกระจายแสงต่ำ (low optical dispersion) หมายความว่าเมื่อแสงเดินทางผ่านมันแล้วจะไม่ค่อยแยกกระจายออกเป็นสีรุ้งอย่างเวลาที่แสงเดินทางผ่านแท่งแก้ว เราอาจมองได้ว่าวัสดุที่มีคุณสมบัติแบบนี้ปล่อยให้แสงเดินทางผ่านได้ดีโดยไม่รบกวนแสงมากนัก นั่นเป็นหนึ่งในสาเหตุที่มันถูกใช้ในใยแก้วนำแสง นอกจากนี้ การไม่ค่อยกระจายแสงยังถูกใช้ในการผลิตเลนส์มุมกว้างของกล้องถ่ายรูป กล้องโทรทรรศน์ จนถึงกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงด้วย
เลนส์ที่มีสารประกอบเจอร์เมเนียมเจืออยู่
อีกบทบาทที่สำคัญของธาตุเจอร์เมเนียมคือ การใช้ในเครื่องมือตรวจจับ (detector) รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา ที่อยู่ในเครื่องสเปกโทรสโคปี การทดลอง ISOLDE experiment ที่เซิร์นใช้ในการแยกแยะและศึกษาไอโซโทปของธาตุกัมมันตรังสี มีส่วนตรวจจับที่เรียกว่า Miniball ซึ่งทำจากธาตุเจอร์เมเนียมบริสุทธิ์สูง ที่น่าสนใจคือ การทดลองตรวจจับสสารมืดบางรูปแบบก็มีการใช้ธาตุเจอร์เมเนียมเช่นกัน
Miniball
เทคโนโลยีพลังงานสะอาดอย่างโซลาร์เซลล์ก็มีการใช้ธาตุเจอร์เมเนียมเป็นองค์ประกอบ ยิ่งในด้านการสำรวจอวกาศที่โซลาร์เซลล์จะต้องมีประสิทธิภาพสูงและทนมากๆ มีการใช้สารกึ่งตัวนำหลายอย่างมาใช้งานซึ่งเจอร์เมเนียมเป็นหนึ่งในธาตุที่ใช้ร่วมด้วย
สุดท้าย ธาตุเจอร์เมเนียมยังมีส่วนสำคัญในด้านตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีโดยเฉพาะการผลิตพลาสติกประเภท PET แบบที่ใช้ทำขวดน้ำดื่ม
แต่ล่าสุดในปี 2015 มีการค้นพบว่าธาตุเจอร์เมเนียมนั้นใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำคัญในการผลิตเพชรได้ เพชรนั้นเป็นวัสดุมีประโยชน์มากในงานอุตสาหกรรม รวมทั้งงานวิจัยด้านควอนตัมออปติกและเซนเซอร์เชิงควอนตัม งานวิจัยในการผลิตเพชรดังกล่าวสามารถสังเคราะห์เพชรได้ที่อุณหภูมิ 1,500-1,800 องศาเซลเซียส ความดัน 7 GPa (ซึ่งเป็นความดันที่สูงมาก) โดยเพชรที่ได้มีธาตุเจอร์เมเนียมเจืออยู่จึงมีคุณสมบัติเชิงแสงตามที่ต้องการ
กล่าวได้ว่าเจอร์เมเนียมเป็นอีกหนึ่งธาตุที่หลายคนอาจไม่ค่อยคุ้นหู แต่ประโยชน์ของมันนั้นหลากหลายและรอบด้านจนน่ารู้จักไว้บ้างเหมือนกัน
งานวิจัยล่าสุดที่น่าสนใจ
อ้างอิง
- 8
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
