Aká je kryštálová štruktúra sulfidu zinočnatého?

Sulfid zinočnatého, zlúčenina s chemickým vzorcom Zns, je dobre známa a široko používaná anorganická zlúčenina. V tomto blogu sa ako dodávateľ sulfidu zinku ponorím do kryštálovej štruktúry sulfidu zinku, jeho vlastností a jeho aplikácií.

Krištáľové štruktúry sulfidu zinočnatého

Sulfid zinočnatého existuje v dvoch hlavných kryštálových štruktúrach: štruktúra sfaleritu (známa tiež ako zmes zinku) a štruktúra wurtzitu.

Štruktúra sfhaleritu

Sphaleritová štruktúra je usporiadanie kubických (CCP) alebo kubický kubický (FCC). V tejto štruktúre tvoria sulfidové ióny (S²⁻) kubickú mriežku zameranú na tvár. Zinkové ióny (Zn²⁺) zaberajú polovicu tetraedrálnych dier v mriežke.

Ak si to chcete vizualizovať, predstavte si kocku, v ktorej sú roh a polohy zamerané na tvár obsadené sulfidovými iónmi. Každý zinkový ión je obklopený štyrmi sulfidovými iónmi v tetraedrálnej geometrii a každý sulfidový ión je tiež obklopený štyrmi zinkovými iónmi v tetraedrálnom usporiadaní. Koordinačný počet iónov zinku a sulfidov v štruktúre sfaleritu je 4.

Jednotková bunka sfaleritu obsahuje 4 zinočné ióny a 4 sulfidové ióny. Vzťah medzi dĺžkou okraja (A) jednotkovej bunky a iónovými polomermi zinkových a sulfidových iónov sa môže vypočítať pomocou geometrických princípov. Pre kubickú mriežku sulfidových iónov s polomerom (r_ {s^{2 -}}) a zinočnaté ióny s polomerom (r_ {zink {2} (a) súvisia s iónovým rádiom (a = 2 {s^{2 {2 {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{} -}}+R_ {Zn^{2+})) v idealizovanom modeli.

Sphaleritová štruktúra je častejšia pri nižších teplotách. Je to termodynamicky stabilná štruktúra za určitých podmienok v dôsledku účinného balenia iónov a rovnováhy elektrostatických síl medzi pozitívne nabitými zinkovými iónmi a negatívne nabitými sulfidovými iónmi.

Štruktúra Wurtzite

Štruktúra Wurtzite je usporiadanie šesťuholníka zabalené (HCP). V tejto štruktúre tvoria sulfidové ióny šesťuholníkovú mriežku a zinkové ióny opäť zaberajú polovicu tetraedrálnych dier.

V štruktúre wurtzitu je koordinačný počet iónov zinku aj sulfidov tiež 4, podobne ako so sfaleritovou štruktúrou. Každý zinkový ión je tetraedrálne koordinovaný so štyrmi sulfidovými iónmi a naopak. Symetria a balenie iónov sa však líšia od sfaleritovej štruktúry.

Jednotková bunka Wurtzite je hexagonálna, so špecifickou sadou parametrov mriežky. Os C (výška bunky šesťuholníkovej jednotky) a osi (bočná dĺžka šesťuholníka) majú charakteristický pomer ((C/A \ cca1,633) v ideálnej štruktúre HCP). Štruktúra wurtzitu sa často uprednostňuje pri vyšších teplotách alebo za určitých tlakových podmienok. Môže byť tiež ovplyvnený faktormi, ako sú nečistoty a metóda syntézy.

Vlastnosti súvisiace s kryštálovou štruktúrou

Kryštalická štruktúra sulfidu zinočnatého má významný vplyv na jeho fyzikálne a chemické vlastnosti.

Optické vlastnosti

Sulfid zinku je známy svojimi vynikajúcimi optickými vlastnosťami. V štruktúrach sfaleritu aj wurtzite má široký pás. Bandgap sulfidu zinočnatého je približne 3,6 - 3,8 eV, čo z neho robí dobrý polovodičový materiál v ultrafialovej oblasti.

Pozoruhodná je tiež transparentnosť sulfidu zinočnatého v infračervenej oblasti. Vďaka svojej kryštálovej štruktúre má v infračervenom rozsahu nízky absorpčný koeficient, vďaka čomu je vhodný pre infračervené optické aplikácie. NapríkladSulfid optického povlakusa často používa v optických povlakoch pre infračervené okná, šošovky a hranoly. Pravidelné usporiadanie iónov v kryštálovej mriežke umožňuje hladké šírenie infračerveného svetla, čo minimalizuje rozptyl a absorpciu.

Mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti sulfidu zinočnatého súvisia so štruktúrou kryštálov. Všeobecne platí, že sfaleritová štruktúra je v porovnaní s niektorými inými materiálmi krehkejšia. Je to preto, že kovalentné iónové väzby medzi iónmi zinku a sulfidov v kubickej mriežke sú relatívne smerové. Ak sa použije napätie, väzby sa môžu ľahšie zlomiť pozdĺž určitých kryštálových rovín.

Štruktúra Wurtzite môže mať mierne odlišné mechanické správanie kvôli jej šesťuholníkovej symetrii. Usporiadanie iónov v mriežke HCP môže viesť k anizotropným mechanickým vlastnostiam, čo znamená, že materiál môže mať inú pevnosť a tuhosť v rôznych smeroch.

Chemická reaktivita

Kryštalická štruktúra tiež ovplyvňuje chemickú reaktivitu sulfidu zinočnatého. Povrchové atómy v sfaleritových a wurtzitových štruktúrach majú rôzne prostredia vystavenia a koordinácie. Napríklad reaktivita smerom k oxidácii sa môže líšiť v závislosti od kryštálovej štruktúry. V niektorých prípadoch môže byť štruktúra wurtzitu reaktívnejšia v dôsledku rôznych povrchových energie a atómového usporiadania, ktoré môže ovplyvniť adsorpciu molekúl kyslíka a následnú oxidačnú reakciu.

Aplikácie založené na kryštálovej štruktúre

Unikátne kryštalické štruktúry a súvisiace vlastnosti zinočnatého sulfidu ho robia užitočným v rôznych aplikáciách.

Luminiscenčné aplikácie

Sulfid zinku je dobre známy fosforový materiál. Ak je dopredná s určitými nečistotami, ako je meď, striebro alebo mangán, môže vyžarovať svetlo pod rôznymi zdrojmi budenia. Kryštalická štruktúra hrá rozhodujúcu úlohu v luminiscenčnom procese. Pravidelné usporiadanie iónov v mriežke poskytuje stabilné prostredie pre dopantné ióny.

V sfaleritovej alebo wurtzitovej štruktúre môžu dopantné ióny zaberať špecifické miesta mriežky a energetické hladiny elektrónov v týchto dopantných iónoch interagujú so štruktúrou pásovej štruktúry sulfidu zinočnatého. Ak sú nadšené fotónmi, elektróny v dopantných iónoch môžu byť podporované na vyššiu úroveň energie a potom sa vrátia k nižším úrovniam energie, čím sa v procese vyžarujú svetlo. Fosfory sulfidu zinočnatého sa používajú v katódových trubiciach, žiarivkách a scintilačných detektoroch.

Elektronické aplikácie

Ako polovodič sa sulfid zinku používa v niektorých elektronických zariadeniach. Široký pásik umožňuje jeho používanie vo vysokom napätí a aplikáciách s vysokou teplotou. Napríklad sa môže použiť v niektorých typoch diód a tranzistorov. Kryštalická štruktúra ovplyvňuje mobilitu nosiča (pohyb elektrónov a otvorov) v polovodiče. V studni usporiadanej kryštálovej mriežke sa nosiče môžu pohybovať voľnejšie, znižujú odpor a zlepšujú výkon elektronických zariadení.

Polymérne a plastové aplikácie

Vysoko výkonný plastový sulfid zinočnatéhoje ďalšou dôležitou oblasťou aplikácie. Sulfid zinočnatého môže byť začlenený do polymérov a plastov na zlepšenie ich vlastností. Napríklad môže zlepšiť mechanickú pevnosť, tepelnú odolnosť a spomalenie horenia plastových materiálov. Kryštálová štruktúra sulfidu zinočnatého môže interagovať s polymérnou matricou, ktorá poskytuje zosilnenie a zlepšuje celkový výkon kompozitného materiálu.

Záver

Záverom je, že kryštalická štruktúra sulfidu zinočnatého, vrátane štruktúr sfaleritu a wurtzitu, je základným aspektom, ktorý určuje jeho vlastnosti a aplikácie. Ako dodávateľ sulfidu zinočnatého je pochopenie týchto kryštálových štruktúr rozhodujúce pre poskytovanie vysoko kvalitných výrobkov našim zákazníkom.

Či už ide o optické povlaky, luminiscenčné aplikácie alebo polymérne kompozity, špecifická kryštalická štruktúra sulfidu zinočnatého sa môže prispôsobiť metódami syntézy a podmienok spracovania, aby sa splnili požiadavky rôznych odvetví. Ak máte záujem o nákup sulfidu zinku pre vašu konkrétnu aplikáciu, neváhajte nás kontaktovať a požiadajte o ďalšie diskusie. Zaviazali sme sa, že vám poskytneme najlepšie výrobky a technickú podporu založenú na našich hĺbkových znalostiach kryštálovej štruktúry a vlastností zinočnatého sulfidu.

Odkazy

1. Kittel, C. (1996). Úvod do fyziky tuhého štátu. John Wiley & Sons.
2. Ashcroft, NW a Mermin, ND (1976). Fyzika tuhého štátu. Holt, Rinehart a Winston.
3. Príručka CRC chémie a fyziky. (2020). CRC Press.