书城教材教辅中学化学课程资源丛书-化学趣闻
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第7章 半导体工业的主角

生活的常识告诉我们,金属、盐和酸的水溶液以及大地、人体等等,都能导电,叫做导体;玻璃、木材、檬胶、陶瓷这一类东西,不能导电,叫做绝缘体;半导体的导电能力位于导体和绝缘体之间。

锗就是一种重要的半导体材料,它位于元素周期表中的第四周期、第四主族。大家都知道,在日常生活中最常见的温度计就是水银温度计了,用它可以来测气温。可以测人的体温,对我们帮助可真不少。可是,水银温度计的“感觉”太“迟钝”了,它只能测量一些特别大的东西和离它挨得很近的东西的温度,比如说,如果你不把它放在口中,它就测不出你的体温,这真的有点美中不足。

现在,人们已做成了一种“感觉”十分灵敏的温度计。它的灵敏度有多高呢?举个例子你就知道了,有一天你出去到1000米以外的公园里去玩,虽然把它这个“机灵鬼”放在家里,可它照样知道你的体温。有的人可能会问,这么灵敏的温度计是用什么做成的呀?

它是人们用锗做成的。在通常情况下,锗的电阻是很高的。我们可以拿水银来跟它作比较。假定水银的电导率是1,那么锗的导电率只有0.001,也就是说,锗的导电能力只有水银的千分之一。因此,我们可以用锗作成薄片电阻,涂到玻璃、石英或者陶瓷上,在雷达等设备里应用。

更重要的是,作为半导体材料,在不同的外因条件和杂质等因素的影响下,锗的导电能力会发生很大的变化。利用它的这个脾气,人们可以做成许多重要而有用的半导体元件。锗的导电能力会随着温度的变化而灵敏地改变:温度变化几百摄氏度,导电能力改变了几百万倍。导电能力的改变是可以通过仪器很准确地测量出来的,所以人们利用锗的这个特性,做成了对温度变化感觉十分灵敏的半导体温度计——热敏电阻。它的本领实在太高了,不但可以察觉到一千米以外人体的温度,还能测出0.0005℃的温度变化。人们用它可以做成温度自动控制器、定时继电器等等,广泛地应用到生产实践中。

用锗不但可以做成灵敏的半导体温度计,而且可以来发电。原来,温度对锗的另一个影响是产生“温差电效应”。半导体经过适当的组合,在它的一头加热,两头就有了温度差,这时就会产生电流。

可是,这有什么用处呢?用处可大了。利用“温差电效应”,我们就能用锗做成温差电池,直接把热能变成电能,而不需要许多笨重、复杂,经常受到磨损和需要维护修理的锅炉、汽轮机、发电机等设备。比如,把具有良好的温差电效应的锗硅合金用于温差发电机,结构简单,不用维修,使用寿命长达五到十年,而且还能成倍地提高发电效率。你看,这多么经济省事啊!

锗还可以用来制造光电池。太阳发出的光线照射到经过特殊加工的锗半导体上,就会不断地放出电来。光照越强,发出的电力越大。这样,我们就可以从太阳光那里取得无穷无尽的廉价电力。也许你就有一台半导体收音机,没事时一按开关,就可以听到美妙的歌曲,激动人心的体育节目,关心国家大事的同学还可以从中听到最新的时事报道。

但你们知道收音机是由什么做成的吗?原来,收音机的主要元件是晶体管——二极管和三极管,它们多数是用锗做成的。据统计,目前全世界每年生产的锗晶体管超过五亿只。与电子管相比,晶体管既不需要真空抽气,又不需要灼热灯丝,它体积小,重量轻,寿命长,用电省,而且非常结实,在碰撞和震动的情况下也能长期使用。当收音机刚出现时,由于它能使人们收听到远在千里之外的播音员的声音,因此人们曾亲切地称呼它叫“千里耳”。

用锗制成的晶体管还可用来制造“电脑”。一台每秒能运算一千万次的巨型电子计算机,它比人们的计算速度要快千万倍。如果使用电子管作元件,得装满一栋大楼,而如果用晶体管代替电子管,体积就可以大大缩小,几个不大的房间就可装得了,而且节省电力。现在,人们改用超大规模集成电路来制造“电脑”,它的体积越发小了。

传说以前有个身患肺痨的人,经过长期治疗毫不见效,病情反而愈加重了。在生命所剩不多的时间里,他毅然离家,搬进了深山老林,终日与山鸟为伴。这样过了几年后,他又完全健康地回到了家里,当人们见到他时,都十分惊讶,纷纷问他吃了什么“仙丹灵药”。他回答说,吃的食物跟以前一样,只是一日三餐坚持吃一些大蒜……”虽然人们都弄不清楚大蒜为何能治疗痨病,但却都在每顿饭时食用一些蒜泥。从此往后,这儿的人很少再得痨病。

大蒜为什么会有这样的奇效呢?原来,大蒜中含有许多天然抗癌元素硒和锗。微量元素硒,能够清除人体内极为有害的自由基,保护细胞的结构和功能,它还能刺激免疫球蛋白产生抗体,增强人体对疾病的抵抗力。

浙江有个盛产茶叶的村庄,那里的人都酷爱饮茶,长寿的人很多,几乎没有癌症,被誉为“无癌村”、“长寿庄”,经过种学家们的分析,茶叶中含有大量的硒,是那里无癌长寿的主要原因。至于微量元素锗,作用就更大了,它能促进人体血液循环,增强人体的抵抗力,还能使衰老或丧失功能的细胞恢复功能。更重要的是,锗可以通过生物电位,抑制癌细胞的繁殖,它还能诱发人体内的干扰素,将巨噬细胞诱变为抗癌性巨噬细胞,所以有防癌抗癌作用。

传说中那个患有肺痨(很可能就是肺癌)的人,长期食用大蒜,治好了病,这是有充分的科学道理的。当然,补充微量元素硒、锗的途径很多,但都不如食用大蒜,因为它没有任何毒副作用。大蒜的食用方法很多,可以做成蒜泥等。除了能防治癌症之外,大蒜还可以抑制胆固醇的合成,有效地防止高血压病。已患有高血压的病人,长期食用大蒜,也可以稳定病情,降低血压。