ساختار کریستالی سولفید روی چیست؟

سولفید روی ، یک ترکیب با فرمول شیمیایی ZnS ، یک ترکیب معدنی چاه شناخته شده و به طور گسترده استفاده می شود. در این وبلاگ ، به عنوان یک تأمین کننده سولفید روی ، من به ساختار کریستالی سولفید روی ، خواص آن و کاربردهای آن می پردازم.

ساختارهای کریستالی سولفید روی

سولفید روی در دو ساختار کریستالی اصلی وجود دارد: ساختار اسفالریت (که به عنوان مخلوط روی نیز شناخته می شود) و ساختار وورتزیت.

ساختار اسفالریت

ساختار Sphalerite یک چیدمان مکعب نزدیک مکعب (CCP) یا صورت مکعب محور (FCC) است. در این ساختار ، یون های سولفید (S²⁻) یک شبکه مکعب با محوریت را تشکیل می دهند. یون های روی (Zn²⁺) نیمی از سوراخ های چهار ضلعی را در شبکه اشغال می کنند.

برای تجسم این امر ، مکعب را تصور کنید که در آن گوشه و موقعیت های محور توسط یون های سولفید اشغال می شوند. هر یون روی توسط چهار یون سولفید در یک هندسه چهار ضلعی احاطه شده است ، و هر یون سولفید نیز توسط چهار یون روی در یک ترتیب چهار ضلعی احاطه شده است. تعداد هماهنگی یون های روی و سولفید در ساختار اسفالریت 4 است.

سلول واحد اسفالریت حاوی 4 یون روی و 4 یون سولفید است. رابطه بین طول لبه (A) سلول واحد و شعاع یونی یون های روی و سولفید را می توان با استفاده از اصول هندسی محاسبه کرد. برای صورت - شبکه مکعب محور از یون های سولفید با شعاع (r_ {s^{2 -}}) و یون های روی در سوراخ های چهار ضلعی با شعاع (r_ {Zn^{2+}}) ، طول لبه (a) مربوط به شرابهای یونی است (a) توسط معادله (a = 2 {2 {2 {2 {2 -}}+r_ {Zn^{2+}})) در یک مدل ایده آل.

ساختار اسفالریت در دماهای پایین تر رایج تر است. این یک ساختار ترمودینامیکی پایدار تحت شرایط خاص به دلیل بسته بندی کارآمد یونها و تعادل نیروهای الکترواستاتیک بین یون های روی با بار مثبت و یونهای سولفید با بار منفی است.

ساختار وورتزیت

ساختار Wurtzite یک چیدمان نزدیک شش ضلعی (HCP) است. در این ساختار ، یون های سولفید یک شبکه نزدیک شش ضلعی را تشکیل می دهند و یون های روی دوباره نیمی از سوراخ های چهار ضلعی را اشغال می کنند.

در ساختار وورتزیت ، تعداد هماهنگی یون های روی و سولفید نیز 4 است ، مشابه ساختار اسفالریت. هر یون روی به صورت چهار ضلعی با چهار یون سولفید هماهنگ می شود و بالعکس. با این حال ، تقارن و بسته بندی یونها با ساختار اسفالریت متفاوت است.

سلول واحد Wurtzite شش ضلعی است ، با مجموعه خاصی از پارامترهای شبکه. محور C (ارتفاع سلول واحد شش ضلعی) و یک محور (طول جانبی شش ضلعی) نسبت مشخصه ((C/A \ تقریبا 1.633) در یک ساختار HCP ایده آل) دارند. ساختار Wurtzite اغلب در دماهای بالاتر یا تحت شرایط خاص فشار مورد حمایت قرار می گیرد. همچنین می تواند تحت تأثیر عواملی مانند ناخالصی ها و روش سنتز باشد.

خواص مربوط به ساختار کریستال

ساختار کریستالی سولفید روی تأثیر معنی داری بر خواص فیزیکی و شیمیایی آن دارد.

خصوصیات نوری

سولفید روی به دلیل خاصیت نوری عالی شناخته شده است. در هر دو ساختار اسفالریت و وورتزیت ، دارای باند گسترده ای است. باند سولفید روی تقریباً 3.6 - 3.8 ولت است که آن را به یک ماده نیمه هادی خوب در منطقه ماوراء بنفش تبدیل می کند.

شفافیت سولفید روی در منطقه مادون قرمز نیز قابل توجه است. با توجه به ساختار کریستالی آن ، ضریب جذب کم در محدوده مادون قرمز دارد و باعث می شود آن را برای برنامه های نوری مادون قرمز مناسب کند. به عنوان مثال ،پوشش نوری سولفید رویاغلب در پوشش های نوری برای ویندوز مادون قرمز ، لنزها و منشور استفاده می شود. ترتیب منظم یون ها در شبکه کریستالی امکان انتشار صاف نور مادون قرمز را به حداقل می رساند ، پراکندگی و جذب را به حداقل می رساند.

خصوصیات مکانیکی

خصوصیات مکانیکی سولفید روی مربوط به ساختار کریستال آن است. به طور کلی ، ساختار اسفالریت در مقایسه با برخی از مواد دیگر شکننده تر است. این امر به این دلیل است که پیوندهای کووالانسی - یونی بین یون های روی و سولفید در شبکه مکعب نسبتاً جهت دار هستند. هنگامی که استرس اعمال می شود ، اوراق قرضه می توانند به راحتی در امتداد هواپیماهای کریستالی خاص شکسته شوند.

ساختار وورتزیت به دلیل تقارن شش ضلعی آن ممکن است رفتار مکانیکی کمی متفاوت داشته باشد. ترتیب یون ها در شبکه HCP می تواند به خصوصیات مکانیکی ناهمسانگرد منجر شود ، به این معنی که ممکن است این ماده در جهات مختلف دارای قدرت و سفتی متفاوتی باشد.

واکنش پذیری شیمیایی

ساختار کریستال همچنین بر واکنش شیمیایی سولفید روی تأثیر می گذارد. اتم های سطح در ساختارهای اسفالریت و وورتزیت دارای محیط های مختلف در معرض و هماهنگی هستند. به عنوان مثال ، واکنش نسبت به اکسیداسیون ممکن است بسته به ساختار کریستال متفاوت باشد. در بعضی موارد ، ساختار وورتزیت به دلیل انرژی مختلف سطح و ترتیب اتمی ممکن است واکنش پذیر تر باشد ، که می تواند بر جذب مولکول های اکسیژن و واکنش اکسیداسیون بعدی تأثیر بگذارد.

برنامه های کاربردی بر اساس ساختار کریستالی

ساختارهای کریستالی منحصر به فرد سولفید روی و خصوصیات مرتبط ، آن را در انواع برنامه ها مفید می کند.

برنامه های کاربردی درخشان

سولفید روی یک ماده فسفر شناخته شده است. هنگامی که با ناخالصی های خاصی مانند مس ، نقره یا منگنز دوپ می شود ، می تواند تحت منابع مختلف تحریک نور ساطع کند. ساختار کریستال نقش مهمی در فرآیند لومینسانس دارد. ترتیب منظم یون ها در شبکه ، محیطی پایدار را برای یون های دوپانت فراهم می کند.

در ساختار اسفالریت یا وورتزیت ، یون های دوپانت می توانند مکان های مشبک خاصی را اشغال کنند و سطح انرژی الکترون ها در این یونهای دوپانت با ساختار باند سولفید روی در تعامل هستند. هنگامی که از فوتون ها هیجان زده می شوند ، الکترون های موجود در یونهای دوپانت را می توان به سطح انرژی بالاتر ارتقا داد و سپس به سطح انرژی کمتری باز می گردد و نور را در این فرآیند ساطع می کند. فسفورهای سولفید روی در لوله های کاتد - اشعه ، لامپ های فلورسنت و آشکارسازهای پوسته پوسته استفاده می شوند.

کاربردهای الکترونیکی

به عنوان یک نیمه هادی ، سولفید روی در برخی از دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود. باند گسترده اجازه می دهد تا از آن در برنامه های ولتاژ بالا و درجه حرارت بالا استفاده شود. به عنوان مثال ، می توان از آن در برخی از انواع دیود و ترانزیستور استفاده کرد. ساختار کریستال بر تحرک حامل (حرکت الکترون ها و سوراخ ها) در نیمه هادی تأثیر می گذارد. در یک شبکه کریستالی چاه ، حامل ها می توانند آزادتر حرکت کنند ، مقاومت را کاهش داده و عملکرد دستگاه های الکترونیکی را بهبود بخشند.

کاربردهای پلیمری و پلاستیکی

سولفید روی پلاستیکی با کارایی بالایکی دیگر از مناطق مهم کاربرد است. سولفید روی را می توان در پلیمرها و پلاستیک ها برای تقویت خواص آنها گنجانید. به عنوان مثال ، می تواند مقاومت مکانیکی ، مقاومت در برابر حرارت و عقب ماندگی شعله مواد پلاستیکی را بهبود بخشد. ساختار کریستالی سولفید روی می تواند با ماتریس پلیمر در تعامل باشد و تقویت و بهبود عملکرد کلی مواد کامپوزیت را فراهم کند.

پایان

در نتیجه ، ساختار کریستالی سولفید روی ، از جمله ساختارهای اسفالریت و وورتزیت ، یک جنبه اساسی است که خصوصیات و کاربردهای آن را تعیین می کند. به عنوان یک تأمین کننده سولفید روی ، درک این ساختارهای کریستالی برای تهیه محصولات با کیفیت بالا به مشتریان بسیار مهم است.

چه برای پوشش های نوری ، کاربردهای درخشان یا کامپوزیت های پلیمری باشد ، ساختار کریستالی خاص سولفید روی را می توان از طریق روش های سنتز و شرایط پردازش برای برآورده کردن الزامات صنایع مختلف تنظیم کرد. اگر علاقه مند به خرید سولفید روی برای برنامه خاص خود هستید ، لطفاً برای بحث های بیشتر با ما تماس بگیرید. ما متعهد هستیم که بر اساس دانش عمق ما از ساختار و خواص کریستال سولفید روی ، بهترین محصولات و پشتیبانی فنی را در اختیار شما قرار دهیم.

منابع

1. کیتل ، C. (1996). آشنایی با فیزیک حالت جامد. جان ویلی و پسران.
2. Ashcroft ، NW ، & Mermin ، ND (1976). فیزیک حالت جامد. هولت ، راینهارت و وینستون.
3. کتابچه راهنمای CRC شیمی و فیزیک. (2020). مطبوعات CRC.