โครงสร้างผลึกของสังกะสีซัลไฟด์คืออะไร?

สังกะสีซัลไฟด์ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีสูตรเคมี ZNS เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่รู้จักกันดีและใช้กันอย่างแพร่หลาย ในบล็อกนี้ในฐานะซัพพลายเออร์สังกะสีซัลไฟด์ฉันจะเจาะลึกลงไปในโครงสร้างผลึกของสังกะสีซัลไฟด์คุณสมบัติและแอปพลิเคชันของมัน

โครงสร้างผลึกของสังกะสีซัลไฟด์

สังกะสีซัลไฟด์มีอยู่ในโครงสร้างผลึกหลักสองโครงสร้าง: โครงสร้างของสปาเลอไรต์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อซิงค์ผสมผสาน) โครงสร้างและโครงสร้าง Wurtzite

โครงสร้างสปาเลอไรต์

โครงสร้าง sphalerite เป็นลูกบาศก์ปิด - บรรจุ (CCP) หรือการจัดเรียงแบบลูกบาศก์กึ่งกลาง (FCC) ในโครงสร้างนี้ซัลไฟด์ไอออน (S²⁻) ก่อตัวเป็นลูกบาศก์กึ่งกลางของใบหน้า สังกะสีไอออน (Zn²⁺) ครอบครองครึ่งหนึ่งของหลุมจัตุรมุขในตาข่าย

ในการมองเห็นสิ่งนี้ลองนึกภาพลูกบาศก์ที่มุมและใบหน้า - ตำแหน่งกึ่งกลางจะถูกครอบครองโดยซัลไฟด์ไอออน ไอออนสังกะสีแต่ละตัวจะถูกล้อมรอบด้วยไอออนซัลไฟด์สี่ตัวในเรขาคณิตจัตุรัสและไอออนซัลไฟด์แต่ละตัวก็ล้อมรอบด้วยไอออนสังกะสีสี่ชนิดในการจัดเรียง tetrahedral จำนวนการประสานงานของทั้งสังกะสีและซัลไฟด์ไอออนในโครงสร้างสปาเลอไรต์คือ 4

เซลล์หน่วยของ sphalerite มี 4 ไอออนสังกะสีและไอออนซัลไฟด์ 4 ตัว ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวขอบ (a) ของเซลล์หน่วยและไอออนิกรัศมีของสังกะสีและซัลไฟด์ไอออนสามารถคำนวณได้โดยใช้หลักการเรขาคณิต สำหรับใบหน้า - ลูกบาศก์กึ่งกลางของไอออนซัลไฟด์ที่มีรัศมี (r_ {s^{2 -}}) และสังกะสีไอออนในหลุม tetrahedral ที่มีรัศมี (r_ {zn^{2+}}) ความยาวของขอบ -}}+r_ {zn^{2+}})) ในรูปแบบอุดมคติ

โครงสร้าง sphalerite นั้นพบได้ทั่วไปที่อุณหภูมิต่ำกว่า มันเป็นโครงสร้างที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ภายใต้เงื่อนไขบางประการเนื่องจากการบรรจุไอออนที่มีประสิทธิภาพและความสมดุลของแรงไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนสังกะสีที่มีประจุบวกและไอออนซัลไฟด์ที่มีประจุลบ

โครงสร้าง Wurtzite

โครงสร้าง Wurtzite เป็นการจัดเรียงแบบปิดหกเหลี่ยม - บรรจุ (HCP) ในโครงสร้างนี้ไอออนซัลไฟด์จะก่อให้เกิดโครงตาข่ายที่ปิดหกเหลี่ยม - และสังกะสีไอออนครอบครองอีกครึ่งหนึ่งของหลุมจัตุรมุข

ในโครงสร้าง Wurtzite จำนวนการประสานงานของทั้งสังกะสีและซัลไฟด์ไอออนก็เป็น 4 เช่นเดียวกับโครงสร้าง sphalerite ไอออนสังกะสีแต่ละตัวจะประสานงานกับไอออนซัลไฟด์สี่ตัวและในทางกลับกัน อย่างไรก็ตามความสมมาตรและการบรรจุของไอออนนั้นแตกต่างจากโครงสร้างสปาเลอไรต์

เซลล์หน่วยของ Wurtzite เป็นหกเหลี่ยมโดยมีชุดพารามิเตอร์ขัดแตะเฉพาะ แกน C - (ความสูงของเซลล์หน่วยหกเหลี่ยม) และแกน - แกน (ความยาวด้านข้างของหกเหลี่ยม) มีอัตราส่วนลักษณะเฉพาะ ((c/a \ ประมาณ 1.633) ในโครงสร้าง HCP ในอุดมคติ) โครงสร้าง Wurtzite มักจะได้รับการสนับสนุนที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นหรือภายใต้สภาวะความดันบางอย่าง นอกจากนี้ยังสามารถได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่าง ๆ เช่นสิ่งสกปรกและวิธีการสังเคราะห์

คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างผลึก

โครงสร้างผลึกของสังกะสีซัลไฟด์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

คุณสมบัติทางแสง

สังกะสีซัลไฟด์เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องคุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยม ทั้งในโครงสร้างของ sphalerite และ wurtzite มันมี bandgap กว้าง bandgap ของสังกะสีซัลไฟด์อยู่ที่ประมาณ 3.6 - 3.8 eV ซึ่งทำให้เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ดีในภูมิภาคอัลตราไวโอเลต

ความโปร่งใสของสังกะสีซัลไฟด์ในภูมิภาคอินฟราเรดก็มีความโดดเด่นเช่นกัน เนื่องจากโครงสร้างของผลึกจึงมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับต่ำในช่วงอินฟราเรดทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานด้วยแสงอินฟราเรด ตัวอย่างเช่น,สังกะสีซัลไฟด์เคลือบด้วยแสงมักจะใช้ในการเคลือบด้วยแสงสำหรับหน้าต่างอินฟราเรดเลนส์และปริซึม การจัดเรียงไอออนในคริสตัลขัดแตะเป็นประจำช่วยให้การแพร่กระจายของแสงอินฟราเรดราบรื่นลดการกระเจิงและการดูดซึม

คุณสมบัติเชิงกล

คุณสมบัติเชิงกลของสังกะสีซัลไฟด์เกี่ยวข้องกับโครงสร้างผลึก โดยทั่วไปแล้วโครงสร้างของ sphalerite นั้นเปราะมากกว่าวัสดุอื่น ๆ นี่เป็นเพราะพันธะโควาเลนต์ - ไอออนิกระหว่างสังกะสีและไอออนซัลไฟด์ในลูกบาศก์ตาข่ายนั้นค่อนข้างทิศทาง เมื่อใช้ความเครียดพันธะสามารถแตกได้ง่ายขึ้นตามระนาบคริสตัลบางอย่าง

โครงสร้าง Wurtzite อาจมีพฤติกรรมเชิงกลที่แตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากสมมาตรหกเหลี่ยม การจัดเรียงของไอออนในโครงตาข่าย HCP สามารถนำไปสู่คุณสมบัติเชิงกลแบบแอนไอโซโทรปิกซึ่งหมายความว่าวัสดุอาจมีความแข็งแรงและความแข็งแตกต่างกันในทิศทางที่แตกต่างกัน

ปฏิกิริยาเคมี

โครงสร้างผลึกยังส่งผลต่อปฏิกิริยาทางเคมีของสังกะสีซัลไฟด์ อะตอมพื้นผิวในโครงสร้าง sphalerite และ wurtzite มีสภาพแวดล้อมการเปิดรับแสงและการประสานงานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นการเกิดปฏิกิริยาต่อการเกิดออกซิเดชันอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึก ในบางกรณีโครงสร้าง Wurtzite อาจมีปฏิกิริยามากขึ้นเนื่องจากพลังงานพื้นผิวที่แตกต่างกันและการจัดเรียงอะตอมซึ่งสามารถมีผลต่อการดูดซับของโมเลกุลออกซิเจนและปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ตามมา

แอพพลิเคชั่นตามโครงสร้างผลึก

โครงสร้างผลึกที่เป็นเอกลักษณ์ของสังกะสีซัลไฟด์และคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องทำให้มีประโยชน์ในการใช้งานที่หลากหลาย

แอพพลิเคชั่นเรืองแสง

สังกะสีซัลไฟด์เป็นวัสดุฟอสเฟอร์ที่รู้จักกันดี เมื่อเจือด้วยสิ่งสกปรกบางอย่างเช่นทองแดงเงินหรือแมงกานีสมันสามารถปล่อยแสงภายใต้แหล่งกระตุ้นที่แตกต่างกัน โครงสร้างผลึกมีบทบาทสำคัญในกระบวนการเรืองแสง การจัดเรียงไอออนในตาข่ายเป็นประจำเป็นสภาพแวดล้อมที่มั่นคงสำหรับไอออนเจือปน

ในโครงสร้าง sphalerite หรือ wurtzite ไอออนเจือปนสามารถครอบครองไซต์ตาข่ายที่เฉพาะเจาะจงและระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในไอออนเจือปนเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างแถบของสังกะสีซัลไฟด์ เมื่อตื่นเต้นกับโฟตอนอิเล็กตรอนในไอออนเจือปนสามารถส่งเสริมให้อยู่ในระดับพลังงานที่สูงขึ้นจากนั้นกลับสู่ระดับพลังงานที่ลดลงปล่อยแสงในกระบวนการ ฟอสฟอร์ซัลไฟด์ซัลไฟด์ถูกใช้ในหลอดแคโทด - หลอดเรย์, หลอดฟลูออเรสเซนต์และเครื่องตรวจจับประกาย

แอปพลิเคชันอิเล็กทรอนิกส์

ในฐานะที่เป็นเซมิคอนดักเตอร์สังกะสีซัลไฟด์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางตัว bandgap กว้างช่วยให้สามารถใช้ในการใช้งานสูง - แรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่นสามารถใช้ในไดโอดและทรานซิสเตอร์บางประเภท โครงสร้างผลึกมีผลต่อการเคลื่อนย้ายของผู้ให้บริการ (การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและหลุม) ในเซมิคอนดักเตอร์ ในเส้นขยริศูของคริสตัลที่สั่งซื้อผู้ให้บริการสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระมากขึ้นลดความต้านทานและปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การใช้งานพอลิเมอร์และพลาสติก

ซัลไฟด์สังกะสีพลาสติกประสิทธิภาพสูงเป็นอีกหนึ่งพื้นที่แอปพลิเคชันที่สำคัญ สังกะสีซัลไฟด์สามารถรวมเข้ากับโพลีเมอร์และพลาสติกเพื่อเพิ่มคุณสมบัติของพวกเขา ตัวอย่างเช่นมันสามารถปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลความต้านทานความร้อนและการหน่วงของวัสดุพลาสติก โครงสร้างผลึกของสังกะสีซัลไฟด์สามารถโต้ตอบกับพอลิเมอร์เมทริกซ์ให้การเสริมแรงและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของวัสดุคอมโพสิต

บทสรุป

โดยสรุปโครงสร้างผลึกของสังกะสีซัลไฟด์รวมถึงโครงสร้างสปาเลอไรต์และวาร์ตไซต์เป็นพื้นฐานพื้นฐานที่กำหนดคุณสมบัติและการใช้งาน ในฐานะซัพพลายเออร์สังกะสีซัลไฟด์การทำความเข้าใจโครงสร้างผลึกเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดหาผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงให้กับลูกค้าของเรา

ไม่ว่าจะเป็นสำหรับการเคลือบด้วยแสงการใช้งานเรืองแสงหรือคอมโพสิตพอลิเมอร์โครงสร้างผลึกเฉพาะของสังกะสีซัลไฟด์สามารถปรับแต่งผ่านวิธีการสังเคราะห์และเงื่อนไขการประมวลผลเพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมที่แตกต่างกัน หากคุณมีความสนใจในการซื้อสังกะสีซัลไฟด์สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณโปรดติดต่อเราเพื่อสนทนาเพิ่มเติม เรามุ่งมั่นที่จะให้ผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุดและการสนับสนุนทางเทคนิคตามความรู้เชิงลึกของเราเกี่ยวกับโครงสร้างและคุณสมบัติของผลึกของสังกะสีซัลไฟด์

การอ้างอิง

1. Kittel, C. (1996) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับฟิสิกส์โซลิดสเตต John Wiley & Sons
2. Ashcroft, NW, & Mermin, ND (1976) ฟิสิกส์โซลิดสเตต Holt, Rinehart และ Winston
3. คู่มือ CRC ของเคมีและฟิสิกส์ (2020) CRC Press