战略物料「四大天王」｜星岛教室

我国近期加强对美国军民两用物项的出口管制，原则上不再批准镓、锗等关键晶片材料的出口。镓、锗、锑和石墨等物料均属于战略物资，广泛应用于军事和半导体制造领域。那么，镓、锗、锑和石墨究竟是甚么？它们有何珍贵之处？今天，我们将从化学角度探讨这4种物质及其用途。

 

镓

镓（英语：Gallium），化学符号为Ga，是一种质地柔软的银色金属。有别于其他金属，镓的熔点很低，在29.8°C下便会融化成银白色的液体，因此，镓可用于制造低熔点合金和半导体基材的掺杂剂。

用途︰手机、通讯及雷达

极纯的镓可用于半导体产业。2007年，应用于电子元件的砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN），约占美国镓消费量的98%。在美国，大约66%的半导体镓用于集成电路，主要是砷化镓，这些应用包括制造超高速逻辑晶片，以及用于手机中的低噪声微波前置放大器的金属半导体场效应管。此外，约有20%的半导体镓则用于光电工程。

镓的应用范围广泛，包括军备、电动车、手机零件和充电器等。2016年的砷化镓市场价值达75亿美元，其中53%来自手机，27%来自无线通讯，其馀则来自汽车、消费电子、光纤和军事应用。

现代军备如隐形战机和防空导弹需要强大的雷达系统以提升探测能力，而这些雷达通常要求较高的电压并产生更多热量，因此耐热性强且发热量小的材料更为理想。镓正是制造主动电子扫描雷达中发射和接收信号装置的关键材料。全球约95%的镓产量来自中国。

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锗

锗（英语：Germanium），化学符号为Ge，是一种灰白色的半金属，其化学性质与同族的锡与矽相近。

在标准状况下，锗是一种银白色的固体，质地硬但易碎，它的结构与钻石一样，都是巨型共价结构，但锗具有半导体特性，可用于制造电晶体及各种电子装置。

在标准状况下，锗是一种银白色的半金属元素，硬度较高但易碎。这种形式构成了一种同素异形体，技术上称为α锗，具有金属光泽，而且其结构与钻石相似，为钻石立方晶体结构。

用途︰光纤及红外系统

直至1930年代末，科学家一直认为锗只是一种导电性较差的金属。然而，它的半导体特性对电子元件来说极具价值，因此到1945年，锗成为一种有利可图的材料。与镓类似，锗在半导体、无线通讯和太阳能电池等领域中扮演着重要角色。

锗具有高折射率，常用于红外系统，如热成像和光谱学，并可应用于军事设备。

现代光纤通讯网络、红外线夜视系统及聚合反应催化剂，对锗的需求正在迅速增长。

根据2007年的估计，锗的全球终端应用中，光纤系统占35%，红外线光学占30%，聚合催化剂占15%，电子和太阳能发电占15%。剩下的5%则用于其他应用，如磷光体、冶金及化学治疗。

事实上，美国政府甚至将锗定义为战略和关键材料，而中国则主导着全球锗的生产，其产量占全球的60%。

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石墨

石墨（英语：Graphite）是碳的其中一款同素异形体，通常产于变质岩中，是煤或碳质岩石（或沉积物）受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成。它亦是最软的矿物之一。「莫氏硬度」为1至2，石墨不透明且触感油腻，颜色由铁黑到钢铁灰不等。

用途︰化妆品及火箭

石墨在日常生活中有多种用途。首先，它是铅笔的主要成分，与黏土混合后制成不同硬度的铅芯，广泛用于书写和绘画。此外，石墨作为锂离子电池的负极材料，提供良好的导电性和稳定性，是现代电子设备（如手机、笔记本电脑）的重要组件。它的润滑特性使其成为机械润滑剂，尤其在高温环境下非常适合用于润滑各种机械部件。石墨还因其优良的耐热性能被用于防火材料和耐火涂料中，提供防火保护。在电子产品中，石墨被用于制造电阻、电容和电池，并可用于导电膏和导电胶。

此外，石墨作为钢铁生产中的添加剂，能改善钢铁的强度和韧性。石墨也常见于化妆品，如眼影和粉底，因其有良好的颜色和光泽效果；并且可用于水处理和土壤改良等环保应用，帮助去除污染物和改善土壤结构。

这些用途展示了石墨在我们日常生活中的多样性，无论是在学业、工作还是家庭生活中，它都扮演着重要的角色。

石墨是一种碳的同素异形体，具备导电和抗腐蚀等特性，是火箭和导弹电路板的重要原材料。石墨具有良好的化学稳定性。经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好、渗透率低等特点，可大量用于制作热交换器、反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、筛检程式、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量金属材料。

此外，由于其耐热性和高纯度，石墨亦可用于核反应堆，因而成为极重要的原材料。全球约77%的石墨产量来自中国。

 

锑

锑（英语：Antimony），化学符号为Sb，是一种有金属光泽的半金属，在自然界主要存在于硫化物矿物辉锑矿（Sb2S3）中。锑比其他金属较软，「莫氏硬度」为3。因此，纯锑不能用于制造硬的物件：中国贵州省曾在1931年发行锑制的硬币，但锑很易磨损，在流通过程损失严重。

用途︰制作合金及炸药

锑最大用途是与铅和锡制作合金，以及铅酸电池中所用的铅锑合金板。锑与铅和锡制成合金可用来提升焊接材料、子弹及轴承的性能。

锑广泛用于军事，包括炸药、照明弹、夜视仪和红外探测器的制造。此外，可用于军服外层涂覆，以达到防火和减少红外探测的效果。全球约48%的锑产量来自中国。

以上4种制造现代科技用品不可或缺的材料，将继续发挥重要作用。

小思考，大智慧

「莫氏硬度」是甚么？

参考答案

「莫氏硬度」是一种利用矿物的相对刻划硬度来划分的矿物硬度标准，1812年由德国矿物学家弗里德里希．莫斯（Friedrich Mohs）提出。「莫氏硬度」标准是将10种常见矿物的硬度，由小至大分为10级，即︰1. 滑石；2. 石膏；3. 方解石；4. 萤石；5. 磷灰石；6. 正长石；7. 石英；8. 黄玉；9. 刚玉；10. 金刚石（钻石）。

文：裘锦秋中学（屯门）化学科主任容尚君

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