镓和锗，值得被保护吗？

差评君

现代雷达设备具有360度有源电子扫描阵列雷达，由氮化镓（GaN）电路提供动力，这种物质可以增强雷达的信号，提高其灵敏度，并提高其可靠性。

砷化镓可以用来制作“液态金属轴承”。

氮化镓充电器。

镓可以改变其他金属的化学键，从而可以“腐蚀”其他金属。

镓元素被广泛应用于磁共振成像技术中，镓的特殊磁性使其能够增强磁场，从而提高图像的对比度。

镓是一种罕见的、柔软的银色金属。镓在室温下非常脆弱，它的熔点是29.76摄氏度，所以拿在手里，镓就会融化。镓在自然界中不存在单质晶体，也没有足够丰富的镓化合物来构成提取源。

镓是原子序数为31的化学元素，其符号为Ga。

鎵被应用在LED灯的制造中。

镓铟锡合金温度计，液体温度低于水的冰点。这种使用了合金的温度计不仅和水银体温计一样测量精确，且安全无毒。

用于集成电路和光电子器件的镓。

2023年7月中国商务部、海关总署发布了《关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告》（以下简称《公告》）。公告说8月1日起，如镓相关物（金属镓、氮化镓等）和锗相关物（金属锗、区熔锗锭等），想要卖到海外，就必须要向中国商务部申请许可证。同时申请的时候还得主动报告买家是谁，买了回去要干什么等等。这消息一出，海内外一堆媒体都炸开了锅，有人疑惑限制这两种材料的出口有什么用，为什么不限制稀土的出口，今天就来聊聊这两种材料都能干啥。

先说结论，镓和锗本身就很值得被保护起来。2020年《资源科学》的一篇论文中就评估了15种清洁能源技术关键金属和他们的供应风险，其中对镓和锗的评价是：生产集中度很高，进而导致较高的地缘政治风险，并且具有伴生性，需求增加风险较高，故而整体供应风险水平较高。美国政府发布的《2022年对美国国家安全至关重要的矿物清单》中镓和锗都名列其中。

关键金属的用途

镓和锗对于很多人来说还是比较陌生的，但和硅一样，它们都是半导体材料。而提到半导体，不少人想到的可能是芯片。但这两个东西其实是一种包含关系，芯片是半导体材料做的，但半导体材料不只能做芯片。半导体是一类材料的总称，这类材料介于导体材料和绝缘体材料之间，能在一定条件下导电。半导体材料除了用于制造芯片以外还有很多不同的用法，比如光伏发电，红外测距或者制造LED灯。

虽然硅片是做半导体的主力材料，但由于这些年来各国对各种科技设备的要求越来越高，也发现了很多单纯硅片无法适应的活儿，比如说每个人都有的手机，里面使用的功放芯片。随着网速越来越快，纯硅做的功放芯片就会出现禁带宽度不够、临界击穿电场低、热导率低等技术问题。所以此时，以砷化镓为代表的第二代半导体，和以氮化镓、碳化硅为主的第三代半导体就走上了舞台。简单来说，砷化镓、氮化镓提高了半导体材料在使用中的上限。

镓这种材料很神奇。它作为单质的时候熔点很低，低到咱们用手一捏都会熔化。而镓作为化合物的时候，又能展现非常好用的电气特性，甚至一度被人们冠以“电子工业脊梁”的美名。具体镓是如何给人们带来好处的，看看我们身边的充电插头就知道了。“氮化镓充电器”这几年可没少出风头，因为它具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，所以它耐高温、耐高压、可承受高频的工作环境。前些年，一些充电器的功率还在的5瓦徘徊，而在用上了氮化镓技术之后，直接将充电器的功率拉高到了200瓦，甚至充电头的体积也能越做越小，不知道你还记不记得充电器曾经那种又大又重的模样。

卫星上使用的锗基的太阳能电池板。

除了这些之外，镓化合物还在红外传感器、发光二极管、液态金属、医疗化工等领域有着不错的发展前景，甚至可以用来提升5G基站的性能。当然，镓一族的化合物也一直是军用设备的“心头好”，在战斗机和航母上的有源相控阵雷达，就需要用镓化合物来增大发射功率并降低发热。甚至美国都在军事领域的公开文献里承认了镓化合物的特殊性：砷化镓目前在国防部署中还没有其他的替代品。

说完镓，再来说说锗。锗元素自身的天然丰度（元素的相对含量）和半金属化学性质导致它在历史中很晚才被人们发现。与硅和镓不同的是，锗是半导体材料的初代王者，在人类利用硅之前，它基本就是半导体的代名词。理论上不计成本的话，完全可以用锗平替现在的硅做出各种芯片，甚至还能功耗更低。早期被称作“半导体”的收音机用的就是锗基晶体管，但由于成本、工艺、不耐高温等问题，在上世纪60年代后就被硅赶下了半导体王座。

但锗的化合物有非常好的光学特性。例如在光伏领域中，加入了锗化合物的太阳能充电板在光吸收率和可靠度等方面都能“吊打”只用硅制作的版本，大部分天上飞的卫星也都得用锗基的太阳能电池。而高纯锗单晶只对红外光透明，因此可以用它做成专透红外光的锗透镜，而哪里最需要红外光学成像呢？答案就是夜视仪。就连我们现在每天都在使用的光纤，都离不开锗的贡献。光纤通信一直被宣传成信息时代的“高速公路”，而锗就是高速路的“铺路石”，因为以锗合成的四氯化锗是制作光纤的必备原料。再在光纤里掺杂一些二氧化锗，更能大幅提高玻璃纤维的折射率，降低信号的衰减。据统计，大概有34%的锗都用到了光纤的制作上。

总体来说，镓和锗虽然不是我们常说的稀土元素，但它们在电子信息产业甚至国防领域中都有一定程度上的不可替代性，同时，中国也占了这两种金属产能的绝大头，这也是我们可以实施管制的底气。根据长江有色金属网的数据，全球探明的金属镓储量只有27.93万吨，而中国拥有19万吨，占比在68%。从美国地质调查局的数据也可以看到，2022年中国的镓产量约占全球初级低纯镓产量的98%，遥遥领先其他竞争对手。而锗的产量中国依然是世界第一，近十年来中国累计供应了全球68.5%的锗。锗的储量中国排世界第二，占全球储量的41%。

镓和锗的开采难度

相对硅来说，镓和锗都是偏小众的用料，价格也都不是很贵。但是“不贵”的前提是这些金属都是由中国进行生产的，如果换其他国家来做就完全不是一回事儿了。由于两种金属性质比较活跃的原因，无论是镓还是锗，在自然界里都不存在单质金属的形态。换句话说，也就没有专门开采镓和锗的矿石或矿场，而是和其他矿物混在一起开采的。比如镓，世界上基本不会有一条专门生产镓的生产线，它的生产主要来自生产氧化铝工业的副产物，而中国的氧化铝产量占据了全球的57%，再凭借全球最完善的镓提取技术，“顺便”就把镓给产了。如果没有氧化铝产业的基础，想要单独做一条“制作”镓的生产线是不现实的。

假如其他国家被逼急了，非要做一条镓的生产线呢？那么可能会先从做一条氧化铝的生产线开始，但同时还是会面临很多新的问题。比如你生产出来的铝卖给谁？因为氧化铝产能过剩已经是一个老问题了，目前氧化铝的主流消耗是拉去生产电解铝，但是生产电解铝的过程用电量非常庞大。比如常住人口不到400万的滨州，因为生产电解铝耗电的原因，在2021年滨州（1240.5亿千瓦时）的用电量比2000多万人口的北京（1232.9亿千瓦时）还要多，电费就是一笔不小的开支。

就锗的生产而言，中国储量是世界第二，而储量第一的是美国。可美国的锗虽然多，但想单独开采却面临一个很难的问题。那就是在美国的锗主要是和铅锌矿伴生，但是美国的铅锌行业规模很小，所以锗的开采量也少。而我国的锗主要是来自褐煤矿，开采比较方便，同时褐煤的需求量也大，锗的产量也就多。所以，从2014年至2017年间，美国58%的锗金属都是从中国进口。面对这两种材料，国外硬要重新再建生产线靠自己生产，成本都會急剧上升。以前依靠从中国“买买买”就能生存的那些国外企业、组织，最近就免不了要走我国提出的申请通道并遵守中国的规则了。

这也就是为什么这次的管制会被大部分媒体解读为是对西方封锁咱们芯片的反制了，我们再看回《公告》原文，其实管制原因已经讲清楚了：“ 为维护国家安全和利益 。”而在2023年7月5日的外交部的例行发布会上，外交部发言人毛宁也再次重申了：“ 不针对任何特定国家 。”

对于这些被管制的原材料我们也必须要意识到是否有消化它们的能力，否则就会降低我国的自主性。这也对我们生产镓和锗等诸多化合物深加工环节的国产化提出了较高的要求。根据一些研报资料显示，目前我们在某些技术上也不是那么完备，某些专利也还掌握在国外企业手上，这也督促我国的科研机构需要再加把劲，争取早日实现技术国产化。最后还是建议大家还是放平心态，背背元素周期表，反正我今天已经背到“铌”了……

（责编：南名俊岳）