摘 要

本文简介了锗与氧化锗的物理化学性质，论述了工业制备氧化锗的几种主要方法，然后制定出高纯氧化锗的三种合成工艺，通过对比，选出合适的实验方案。

本文通过水热法、直接溶解和先溶解后水热三种方法制备得到氧化锗粉末，通过XRD技术进行测试和表征。工业制备出的氧化锗产品中的一大问题是有氯元素残留，而本文的结果表明三种制备方法均可得到无氯氧化锗粉末，差别在于水热法制备的氧化锗粉末成本高，时间长；直接溶解的方法制备的氧化锗粉末但是成本低、时间短、工艺简单。

通过对三种方法制备所得的氧化锗粉末进行XRD测试发现：水热法制备所得的氧化锗粉末纯度最高，直接溶解的方法得到的氧化锗粉末的纯度最低。

关键词：氧化锗；水热；溶解

Abstract

This paper introduces the physical and chemical properties of germanium and germanium oxide, and discusses several main methods of industrial preparation of germanium oxide, then work out the three kinds of synthesis of high purity germanium oxide. By contrast, we select the appropriate experimental program.

In this paper we prepare the germanium oxide powder by three methods, which are the hydrothermal method, direct dissolution, dissolution and hydrothermal method. Then we test and investigate the germanium oxide powder through the XRD technology. A big problem for the preparation of industrial products is some chlorine residue in the germanium dioxide. The results show that three kinds of preparation methods can obtain germanium oxide powder without chlorine. The difference lies in the GeO₂ powder prepared by hydrothermal method is the high cost and the long time; The difference lies in the GeO₂ powder prepared by direct dissolution is the low cost, the short time and the simple process.

The results of the GeO₂ powder tested by XRD showed that the GeO₂ powder preparated by the hydrothermal method has the highest purity, but the GeO₂ powder preparated by the direct dissolution method has the lowest purity.

Key words: Germanium dioxide; hydrothermal; dissolution

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 锗与二氧化锗的性质与应用 1

1.2 氧化锗的工业制备 3

1.2.1 丹宁法制取氧化锗 3

1.2.2 碱—单宁法制取氧化锗 4

1.2.3 直接氯化蒸馏法制取氧化锗 5

1.2.4 高纯氧化锗的制取 5

1.2.5 工业制备氧化锗优缺点对比 7

1.3 本课题研究目的及意义 7

1.3.1 BGO晶体的发展与应用 7

1.3.2 BGO晶体对氧化锗的要求 9

第2章 氧化锗的制备 10

2.1 水热氧化金属氧化物实例 10

2.1.1 水热法合成氧化锆 10

2.1.2 水热法合成二氧化钨 10

2.2 水热制备二氧化锗的原料与设备 11

2.3 实验方案与原理 12

2.3.1 实验方案 12

2.3.2 实验原理 12

2.4 样品测试 13

第3章 金属锗的直接氧化 15

3.1 双氧水直接氧化金属锗 15

3.2 样品测试 15

3.2.1 先溶解后水热 16

3.2.2 直接溶解 17

3.3 热处理 18

第4章 总结 21

4.1 三种氧化锗制备方法的对比 21

4.2 氧化锗在各温度热处理下的对比 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 锗与二氧化锗的性质与应用

锗（germanium），元素符号Ge，原子序数32，在元素周期表中属于第Ⅳ主族，位于硅元素和锡元素之间，相对原子质量72.59，金刚石型点阵，常见化合价为 4价。锗单质的熔点为937.4 ℃，沸点为2830 ℃，密度为5.32 g/cm3，锗粉呈暗蓝色，锗晶体具有银灰色金属光芒，质脆。

锗不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液，化学性质稳定。锗在常温下不与空气或水蒸气发生反应，锗与氧气在600～700 ℃温度条件下反应能很快生成二氧化锗。温度升高时，锗能在氧气、氯气和溴蒸气中进行燃烧。锗与稀硫酸不发生化学反应，但锗在浓硫酸中加热时，会进行溶解。锗在硝酸、王水中易溶解。锗与碱溶液的几乎不反应，但在空气中锗与熔融的碱会发生反应。锗与氢氧化钠或氢氧化钾在高温下反应生成锗酸钠或锗酸钾。锗能溶于碱溶液，在过氧化氢存在下锗与碱反应生成锗酸盐。锗的氧化态化合价为 2和 4。锗在石墨坩埚中高温熔化不与碳反应。

锗虽然不是生物体内必须的微量元素，但是锗在生物体中是普遍拥有的。相比于铅和锡的毒性，对人体来说，锗的毒性非常低，成人如果一天之内摄取超过1500 μg的锗，就会中毒。当动物摄取超过1000 ppm的锗时，会有50%的几率会死亡，当动物饮用含有100 ppm二氧化锗的水后，在第四周有50%的死亡几率。

20世纪60年代以来，虽然半导体工业中锗的首要位置渐渐被性能更佳，成本更低，资源更为丰富的硅所替代，但是锗在高频、远红外和航空航天领域仍然占据主导地位，因为锗的电子迁移率、空穴迁移率比硅高很多，锗器件的工作频率远比硅器件高。锗在军用热成像仪，夜视仪以及辐射探测器中的应用很广发展很快。随着科学技术的发展，锗在光导纤维、太阳能电池、荧光粉、医药和催化剂等方面的应用也日渐广泛。^[1]如图1.1为锗制品。