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鍺的用途及應用領域介紹

2022-08-23 09:57來源:蒂姆(北京)新材料科技有限公司作者:蒂姆(北京)新材料科技有限公司網址:http://www.casadelmarsurfdestiny.com
文章附圖
  • 是重要的半導體材料,在半導體、航空航天測控、核物理探測、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫學等領域都有廣泛而重要的應用。根據美國地質調查局數據顯示(2015)全球鍺終端用戶所占比例如下:纖維光纖30%;紅外光纖20%;聚合催化劑20%;電子和太陽能器件15%和其他(熒光粉、冶金、和化療)15%。

  • 全球鍺終端用戶所占比例

  • 摻鍺光纖摻鍺光纖具有容量大、光損小、色散低、傳輸距離長及不受環境干擾等優良特性,是目前唯一可以工程化應用的光纖,是光通訊網絡的主體,此外,GeCl4也用于高速光纖網,鏈路,光纖傳感器,光纖制導及光纖系留裝置等,近年來發展迅速。

  • 摻鍺紅外光學材料-濾光片鍺作為紅外光學材料,具有紅外折射率高,紅外透過波段范圍寬,吸收系數小、色散率低、易加工、閃光及腐蝕等優點,特別適用于軍工及重大民用中的熱成像儀與紅外雷達及其他紅外光學裝置的窗口、透鏡、棱鏡與濾光片的材料;高純鍺或鍺用于天文學的γ-譜儀,核反應能譜儀及等離子物理X-射線儀;Si-Ge10與摻、、的鍺單晶用于紅外探測器。

  • 二氧化鍺(GeO2)是生產聚對笨二甲酸乙二醇酯(PET)的催化劑,具有長纖維,由其制備的飲料與食用液體的各式容器,無毒、透明且氣密性好。

  • 含鍺二極管鍺半導體器件用作二極管、晶體三極管及復合晶體管、鍺半導體光電器件作光電、霍耳及壓阻效應的傳感器,作光電導效應的放射線檢測器等,廣泛用于彩電、電腦、電話及高頻設備中,鍺管特別適用于高頻大功率器件中,且在強輻射與-40℃下運轉正常;Ge-Si與Ge-Te作溫差發電用于宇航、衛星與空間站的啟動電源等。

  • 鍺在半導體器件上的應用已大部分被取代,僅在高頻大功率器件上有一定用量,其他以光電雪崩二極管用量較大。

  • 鍺的三接面太陽能電池用鍺作為襯底制作的GaAs/Ge太陽能電池,其性能與GaAs/GaAs電池接近,機械強度要更高,單片電池面積更大。在空間應用環境下,抗輻射閾值比硅電池高,性能衰退小,其應用成本接近于同樣功率的硅電池板,已應用于各型軍用衛星和部分商業衛星中,逐步成為主要的空間電源。

  • 鍺用于醫藥,如Ge-132[β-羧乙基鍺倍半氧化物-(GeCH2CH2COOH)2O3]臨床應用于防治癌癥。BGO作X-射線、CT-儀、PCT-儀,用于診斷腫瘤及骨骼結構與組織壞死等。鍺化合物及其有機化合物可作牙膏與高效止痛膏等。

  • 鍺還應用于冶金、熒光粉等其它領域。

  • 鍺的產業鏈如下圖所示:

  • 鍺的產業鏈

  • 鍺產業鏈包括上游的資源提煉、中游的提純和深加工以及下游紅外、光纖等方面的高端應用。

  • 從技術難度上來看,上游的提煉壁壘最低,但環保壓力最大;中間環節的深加工技術難度大,高純鍺的制備工藝要求高,也是產業鏈中利潤較為豐厚的部分;下游的應用由于涉及領域廣,技術進步快,保持持續高盈利較難,行業波動大。目前鍺產業的核心仍在中下游的深加工和應用,若是主要資源大國政策加碼導致產量收縮,鍺資源將會成為產業發展至關重要的因素。

  • 行業供給端市場分析

  • 1.鍺供應出現增速下滑態勢

  • 鍺資源極分散地存在于多種礦物及巖石中,世界上大多數鍺生產企業都是從鉛冶煉過程中提取鍺,大約有30%來自回收部分,因此鍺的產量增長受鉛鋅礦的生產規模及鉛鋅的含鍺品位限制。而當前鉛鋅行業下游需求疲軟,鉛鋅庫存不斷上升,鉛鋅價格低迷,導致全球鉛鋅產量增速出現下滑,中國2012年11月鉛鋅產量甚至出現負增長,鍺供應出現增速下滑態勢。

  • 2.企業數量少,且各有所長,競爭相對緩和

  • 整體來看,國際上專注于金屬鍺行業的大廠商并不多,產品主要集中于金屬鍺行業的深加工領域。目前全球領先的金屬鍺行業企業是比利時的優美科公司(umicore),全球產量較大的企業還有中鍺科技、云南鍺業,加拿大的Teck Cominco,俄羅斯的Fuse、GEAPP,德國的Photonic Sense,美國的AXT等。從中下游產品的生產來看,集中度更高些,主要生產企業為umicore、德國的Photonic Sense、美國的AXT、俄羅斯的GEAPP,中國的中鍺科技、國晶輝、北方紅外。從產量上來看,國內涉鍺企業的規模不算小,但高附加值鍺產品與國外企業的差距仍然非常大,如光纖級四氯化鍺、大尺寸低位錯鍺單晶等產品,另外,國內后端應用(除光纖)發展相對滯后,導致國內企業的深加工主要以出口為主,國內企業的競爭力仍需提高。

  • 行業下游市場分析

  • 1.需求穩定增長:鍺主要應用于光纖、PET 催化劑、紅外光學及太陽能電池等領域。近年來紅外光學和太陽能電池占據著越來越重要的地位。太陽能、紅外光學、光纖等對鍺需求均穩定增長。

  • 2.光纖需求回暖成為鍺消費主要增長點。鍺在光纖通信領域主要起光纖摻雜和光電轉換的作用,是其他長波光纖材料無法替代的戰略性光信息材料。一般多模光纖消耗四氯化鍺量為10g/km,單模光纖消耗四氯化鍺量為2g/km。光纖用鍺占全球鍺總需求的30%。

  • 3. 太陽能電池需求分析

  • 鍺在太陽能電池中的作用:a、在砷化鎵電池的襯底材料,延長使用效用。b、在第二代的硅基薄膜中,鍺作為硅鍺合金使用,降低成本。大約1GW硅基薄膜需金屬鍺30-50噸。

  • 4. 紅外光學鍺潛在需求大:總規模538噸年均77噸

  • 軍用領域潛在鍺需求量為258噸。我國現有軍隊規模約230萬人,如果未來我軍人均紅外熱像儀數為0.1臺/人(美國海灣戰爭中人均配為1.7臺/人)且機載紅外需求達到陸軍需求的60%,則我國軍用紅外熱像儀的需求量為36.8萬臺,按每臺鍺需求量700克計算,軍用領域潛在鍺需求量為258噸。

  • 民用領域潛在鍺需求量為280噸。在國外,紅外熱像儀在預防檢測、制程控制、消防、安防及夜視等領域得到了廣泛的應用,例如在歐美紅外熱像儀已經成為部分奧迪、寶馬車型的標配。隨著技術的發展及人們對紅外熱像儀特性的理解,我國紅外熱像儀的民用領域也將逐步拓寬。據估計國內民用紅外熱像儀潛在需求量為94萬臺,鍺潛在需求量為280噸。

  • 上述潛在市場規模為存量市場,以紅外熱像產品更換周期6~8年測算,則年均市場鍺需求規模為77噸。

  • 紅外光學應用領域將是未來鍺需求的最主要增長點,代表著鍺未來增長方向。從美國鍺應用數據來看,美國鍺紅外光學應用占比高達50%,而世界平均水平僅為25%,美國紅外光學應用占比是全球平均水平的2 倍,全球紅外光學應用占比有望不斷提升的趨勢。


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