紅外測溫儀供不應求,從「隱士」到「明星」,鍺元素的逆襲

2021-01-09 地一眼

隨著春節結束,全國各地企業已經開始陸續返工,全國疫情防控工作進入了最嚴峻的時刻,各地已經採取最嚴格的防控措施。你無論坐火車、汽車還是飛機,從家鄉到工作地,估計體溫測量不下數遍,體溫測量是抗擊疫情關鍵一環,現在測溫普遍使用的是紅外測溫儀,採用紅外測溫儀能夠快速地篩查識別有發熱表徵的疑似傳染人員。

我們大多數人的印象裡,測溫都是醫生拿一個水銀溫度計,放在嘎吱窩裡等十五分鐘。而現在隨著科技的發展,紅外測溫儀已經成為普遍配置,那它測溫又快又準的原因什麼呢?這要從紅外測溫儀的原理和關鍵材料「鍺」說起。

紅外測溫儀的原理

紅外測溫儀是根據紅外熱成像原理,依據物體輻射的能量來測量溫度。根據輻射理論,任何物體只要不處於絕對零度(-273.15 ℃),都存在熱輻射。熱成像是通過非接觸探測紅外能量(熱量),並將其轉換為電信號,進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值,並可以對溫度值進行計算。

為了實現精確測量,熱成像人體測溫系統可以以黑體作為測溫的基準溫度源。黑體安裝在攝像機的視野裡,後者對黑體進行溫度測量,並以此為基準實時進行測溫校正,以達到人體測溫高精度±0.3℃的要求。

關鍵材料:鍺

鍺(舊譯作鈤 )是一種化學元素,它的化學符號是Ge,原子序數是32,原子量72.64。在化學元素周期表中位於第4周期、第IVA族。

以國家命名的元素並不多(只有8種:法國Fr/高盧Ga,德國Ge,俄羅斯Ru,美國Am,日本Nh,波蘭Po,另有賽普勒斯Cu),鍺便是其中之一。它的英文名Germanium來自於德國國名Germany,這是它的發現者C. A. Winkler(1838 – 1904)為了紀念自己的祖國而命名的(Winkler在弗萊堡礦業學院發現鍺元素的1886年,德國主要政權是德意志帝國)。

門捷列夫於1871年預言其存在,十四年後德國化學家文克勒於1885年在分析硫銀鍺礦時發現了鍺,後由硫化鍺與氫共熱,制出了鍺。門捷列夫把它命名為類矽。1886年,德國弗萊貝格 (Freiberg) 礦業學院 (今天的TU Bergakademie Freiberg) 分析化學教授文克勒在分析夫賴堡附近發現的一種新的礦石——argyrodite(輝銀鍺礦4Ag2S·GeS2)的時候,發現有一未知的新元素並通過實驗驗證了自己的推斷,鍺元素終於被發現。

鍺在自然界分布很散很廣。銅礦、鐵礦、硫化礦以至巖石,泥土和泉水中都含有微量的鍺。鍺在地殼中的含量為一百萬分之七,比之於氧、矽等常見元素當然是少,但是,卻比砷、鈾、汞、碘、銀、金等元素都多。然而,鍺卻非常分散,幾乎沒有比較集中的鍺礦,因此,被人們稱為「稀散金屬」。鍺還常夾雜在許多鉛礦、銅礦、鐵礦、銀礦中,就連普通的煤中,一般也含有十萬分之一左右的鍺,也就是說,一噸煤中平均就含有10克左右的鍺。在普通的泥土、巖石、甚至泉水中,也含有微量鍺。

鍺的工業用途

鍺具備多方面的特殊性質,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,是一種重要的戰略資源。

鍺單晶可作電晶體,是第一代電晶體材料。鍺材用於輻射探測器及熱電材料。高純鍺單晶具有高的折射係數,對紅外線透明,不透過可見光和紫外線,可作專透紅外光的鍺窗、稜鏡或透鏡。20世紀初,鍺單質曾用於治療貧血,之後成為最早應用的半導體元素。

鍺在紅外光學領域的年需求量佔鍺消費量的20%-30%,鍺紅外光學器件主要作為紅外光學系統中的透鏡、稜鏡、窗口、濾光片等的光學材料。

從全球產量分布來看,中國供給了世界71%的鍺產品,是全球最大的鍺生產國和出口國,這主要是由於中國高附加值深加工產品技術環節薄弱,導致內需相對有限,產品多以初加工產品出口為主。

但是在需求旺盛刺激下,中國鍺生產技術能力提升迅速,目前中國企業已經能夠生產光纖級、紅外級、太陽能級鍺系列產品。加之未來政策推動力度大,中國光纖領域鍺需求明顯增長。

測溫儀需求有多大?國內產能夠嗎?

在2月2日的工信部新聞發布會上,工信部原材料工業司司長王偉指出,目前為止,測溫儀企業復工率已達到50%左右,國內共收到各地紅外體溫檢測儀需求大約2萬臺,手持式測溫儀需求30餘萬臺;預計全國全自動紅外體溫檢測儀需求6萬臺,手持式測溫儀55萬臺。

王偉介紹,目前中國全自動紅外體溫檢測儀日產量已達800臺左右,未來日產能有望達1500臺,手持式測溫儀日產能可達15000臺,隨著生產企業陸續復工,基本上能夠滿足社會的需求。

這場疫情攻堅戰必定勝利

武漢加油

中國加油

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