我不是旁观“锗”

文章来源：地球杂志原文作者：丁国峰

红外夜视仪

近期，乌克兰局势持续动荡，牵动着全世界人民的心。一觉醒来，局势又有了新的进展和变化。通过媒体，我们可以看到很多夜晚作战的画面。冷兵器时代，由于光线不足，士兵夜晚作战的限制很大。夜晚对现代军事行动的限制却越来越小，因为红外光学成像系统已经成为军人在黑夜中的眼睛，让人人都有“夜视眼”。红外导航与瞄准装备让战机在夜间或能见度较低的条件下也能行动自如，红外热像仪成为士兵夜色正浓时进行军事行动的秘密武器。而锗正是红外光学成像系统不可或缺的原材料。

 

锗金属

锗，化学符号是Ge，在化学元素周期表中位于第4周期、第IVA族，在地壳中的含量约为0.0007%，并不算最少，却非常分散，是一种典型的稀有分散元素。

1886年，德国化学家文克勒在分析矿物时，意外发现了锗，并以德国的拉丁名（germania）命名新元素为“germanium”，元素符号定为Ge。

锗是银灰色硬而脆的半导电金属，化学性质稳定，常温下不与空气作用。金属锗及其化合物具备良好的半导体性质、优良的红外光学性质和对微波的良好透过性等特质。据美国地质调查局（USGS）数据显示，全球锗的消费结构中光纤通信行业占30%，红外光学占20%，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）占20%，太阳能及电子领域占15%，医学等其他领域占15%。从这些数据中不难看出，锗在光纤通信、红外光学、半导体、航空航天、太阳能电池、化学催化剂和生物医学等领域都有广泛而重要的应用，是一种重要的战略资源。

天宫一号空间站

为什么锗的含量不多，应用领域却不少呢？这与锗元素的两面性息息相关。

锗虽属于金属，却具有许多类似于非金属的性质。

在元素周期表中可以清楚地看到，锗位于金属元素与非金属元素的分界线上，而分界线附近的元素常常兼具金属性和非金属性。

1991年的海湾战争是人类历史上第一次现代化战争，双方相差悬殊的战损比直接影响了人们对战争的看法，是传统机械化战争与现代信息化战争的分水岭，也是世界军事变革的分水岭，开创的战争模式和思路至今依然是各国军队所效仿的范本。说到海湾战争不得不提到首次亮相的武器“新秀”——红外热像系统。

红外监测仪

夜间低空红外导航与瞄准系统首次在实战中大规模应用，成为战机夜间作战的“眼睛”，使得士兵在黑夜也能如同白昼一样行动自如。

此后，各国军队均开始大批量装备红外热成像装备。而红外雷达、红外探测器、夜视仪、红外跟踪仪中关键的透镜、棱镜、窗口、滤光片等光学元器件材料的制造均离不开锗。

民用领域中，高清红外探测相机可以拍摄珍稀野生动物夜间活动影像，有助于人们更好地了解和保护野生动物，为生物多样性作出贡献。

此外，人类在浩瀚无垠的太空中探索宇宙也离不开锗。锗基太阳能电池具有良好的抗空间辐射和耐高温性能，更高的光电转化效率和更低的发电成本，广泛应用于空间站等领域。锗还是航空航天飞行器的“眼睛”——红外跟踪仪器的镜头组成材料。

锗在光纤中有所应用

在互联网时代，想必大家都有这样的经历，看新闻时加载进度条的迟迟不动让人心烦气躁，刷视频时的卡顿让人抓耳挠腮，运营商升级带宽则可解决上述问题。如果说宽带就是信息通信的“道路”，那光纤则是道路中的“高速公路”，而锗正是高速公路的“铺路石”。四氯化锗可以用于制作光纤预制棒，发挥掺杂作用和光电转化作用，是制作光纤必不可少的原材料。

光纤是被广泛采用的通信导体，且目前没有其他产品可以替代。21世纪以来全球光纤需求年增长率高达20%，尤其是发展中国家对通信领域的需求持续高速增长。随着我国“宽带中国”战略的开展，“互联网+”概念和“提速降费”等政策的实施，以及5G万物互联时代的到来，对光纤的需求持续增加。

健康长寿自古以来就是人们关注的话题。《神农本草经》《本草纲目》等均把灵芝列为上药，是名贵药材中的珍品。现代医学研究表明，灵芝内含有多种生物碱，其主要成分为“锗”离子和高分子多糖体，能够增强人体自愈力和免疫力，增进人体健康。此外，人参、枸杞子、猢狲眼等名贵中草药，以及大蒜、土豆等蔬菜中均含有有机锗。我国学者测试发现，20年的野山参含锗量达400×10-6，而园参（人工培植）的则很少超过50×10-6。

灵芝
摄影/石可君

是不是含有锗的东西都可以吃呢？不一定。

锗分为无机锗和有机锗，无机锗主要来源于煤和硫化矿中，加工提取后形成的锗单晶、锗酸铋晶体（Bi12GeO20）等可用于红外光学领域。只有以有机盐形式存在的锗才称为有机锗，对人体有利。有机锗又可分为人工合成和纯天然。1887年合成了第一个有机锗——四乙基锗，至今已有200多种合成有机锗。其中，最重要的是1967年日本医学博士浅井一彦等合成了水溶性有机锗氧化物Ge-132（学名为β-羧乙基锗倍半氧化物）。它可以诱导人体产生γ-干扰素，能把“沉睡的”巨噬细胞诱发转变为抗肿瘤的巨噬细胞，从而诱发抗癌性干扰素的活性。自此，有机锗开始在药品、保健品和化妆品等领域大显身手。

目前，临床已用有机锗来治疗各种癌症、类风湿性关节炎、白内障、高血压等症状，医学界已把有机锗誉为21世纪人类的“救世锗”。

全球锗资源稀缺，但分布集中。锗作为一种稀散元素通常以分散状态藏身于其他矿物中或与其他矿物共生。锗资源较为贫乏，已探明的锗金属储量仅为8600吨，为黄金的1/10。锗资源在全球分布非常集中，美国和中国分别约占45%和41%。

我国由于加工工艺和生产设备落后，大量的锗初级产品出口国外，产量占全球的比例长期维持在65%-70%。但同时又从国外进口深加工锗产品，这造成了严重的资源和资金浪费。

美国锗储量世界第一，却不舍得开采，因为按照目前的开采速度，40多年后锗资源将耗尽。美国早在1984年就通过法案对锗予以保护并进行战略性储备保护，2013年以后更是全部停止了开采。2022年2月，美国地质调查局公布的最新50种关键矿产目录中，锗依然是“关键矿产目录”中的“老成员”。

显而易见，随着地缘政治持续动荡，由于锗在军事、通讯和太空等领域的重要性，其战略意义将进一步提升。锗作为21世纪的新兴材料矿产，是保证我国矿产资源安全的关键矿产和战略资源。

责编｜刘   丹
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编辑：木心