Какова кристаллическая структура сульфида цинка?

Сульфид цинка, соединение с химической формулой Zn, является хорошо известным и широко используемым неорганическим соединением. В этом блоге, как поставщик сульфида цинка, я буду углубляться в кристаллическую структуру сульфида цинка, его свойств и его применения.

Кристаллические структуры сульфида цинка

Сульфид цинка существует в двух основных кристаллических структурах: сфалеритовой (также известной как цинковая смеси) структура и структура вюрцита.

Сфалеритовая структура

Справалеритовая структура представляет собой кубическое закрытие - упакованное (CCP) или расположение кубического (FCC) лица. В этой структуре сульфидные ионы (S²⁻) образуют кубическую решетку для лица. Ионы цинка (Zn²⁺) занимают половину тетраэдрических отверстий в решетке.

Чтобы визуализировать это, представьте себе куб, где угол и лицо по центру занимают сульфидные ионы. Каждый ион цинка окружен четырьмя сульфидными ионами в тетраэдрической геометрии, и каждый сульфидный ион также окружен четырьмя ионами цинка в тетраэдрической композиции. Координационное число ионов цинка и сульфида в структуре сфалеритов составляет 4.

Единая ячейка сфалерита содержит 4 ионы цинка и 4 сульфидных иона. Связь между длиной края (а) единичной ячейки и ионными радиусами цинка и ионов сульфида может быть рассчитана с использованием геометрических принципов. Для лица - центрированная кубическая решетка сульфидных ионов с радиусом (r_ {s^{2 -}}) и цинка в тетраэдрических отверстиях с Radius (r_ {zn^{2+}}), длина края (a) связана с ионной радиусом (a = 2 \ sqrt (2 {2 -}}+r_ {zn^{2+}})) в идеализированной модели.

Структура сфалерита чаще встречается при более низких температурах. Это термодинамически стабильная структура в определенных условиях из -за эффективной упаковки ионов и баланса электростатических сил между положительно заряженными ионами цинка и отрицательно заряженными ионами сульфида.

Структура Вюрцита

Структура Вюрцита представляет собой шестиугольное расположение закрытия (HCP). В этой структуре сульфидные ионы образуют шестиугольную закрытую решетку, а ионы цинка снова занимают половину тетраэдрических отверстий.

В структуре вюрцита координационное количество ионов цинка и сульфида также 4, аналогично структуре сфалерита. Каждый ион цинка тетраэдрически координируется с четырьмя сульфидными ионами, и наоборот. Однако симметрия и упаковка ионов отличаются от структуры сфалерита.

Единая ячейка Вюрцита является шестиугольной, с определенным набором параметров решетки. Ось C - (высота гексагональной единичной ячейки) и оси A - (длина боковой шестигранки) имеют характерное соотношение ((C/A \ abx1.633) в идеальной структуре HCP). Структура Вюрцита часто предпочитается при более высоких температурах или при определенных условиях давления. На него также могут влиять такие факторы, как примеси и метод синтеза.

Свойства, связанные с кристаллической структурой

Кристаллическая структура сульфида цинка оказывает значительное влияние на его физические и химические свойства.

Оптические свойства

Сульфид цинка известен своими превосходными оптическими свойствами. Как в структурах сфалерита, так и в мастере -структурах, он имеет широкую полос. Полиночный склад сульфида цинка составляет приблизительно 3,6 - 3,8 эВ, что делает его хорошим полупроводниковым материалом в ультрафиолетовой области.

Прозрачность сульфида цинка в инфракрасной области также заметна. Из -за своей кристаллической структуры он имеет низкий коэффициент поглощения в инфракрасном диапазоне, что делает его подходящим для инфракрасного оптического применения. Например,Оптическое покрытие сульфид цинкачасто используется в оптических покрытиях для инфракрасных окон, линз и призмы. Регулярное расположение ионов в кристаллической решетке обеспечивает плавное распространение инфракрасного света, сводя к минимуму рассеяние и поглощение.

Механические свойства

Механические свойства сульфида цинка связаны с его кристаллической структурой. В целом, структура сфалеритов более хрупкая по сравнению с некоторыми другими материалами. Это связано с тем, что ковалентные ионные связи между цинком и сульфидными ионами в кубической решетке являются относительно направленными. Когда применяется напряжение, связи могут легче ломаться вдоль определенных кристаллических плоскостей.

Структура Вюрцита может иметь немного другое механическое поведение из -за ее гексагональной симметрии. Расположение ионов в решетке HCP может привести к анизотропным механическим свойствам, что означает, что материал может иметь различную прочность и жесткость в разных направлениях.

Химическая реактивность

Кристаллическая структура также влияет на химическую реакционную способность сульфида цинка. Поверхностные атомы в структурах сфалерита и вюрцита имеют различные среды воздействия и координации. Например, реакционная способность к окислению может варьироваться в зависимости от кристаллической структуры. В некоторых случаях структура вурцита может быть более реактивной из -за различной поверхностной энергии и атомного расположения, что может влиять на адсорбцию молекул кислорода и последующую реакцию окисления.

Приложения на основе кристаллической структуры

Уникальные кристаллические структуры цинка и связанные с ними свойства делают его полезным в различных приложениях.

Люминесцентные приложения

Сульфид цинка является хорошо известным фосфорным материалом. Когда он легирует определенными примесями, такими как медь, серебро или марганце, он может излучать свет при различных источниках возбуждения. Кристаллическая структура играет решающую роль в процессе люминесценции. Регулярное расположение ионов в решетке обеспечивает стабильную среду для легирующей ионов.

В структуре сфалерита или вюрцита ионы легирующих приводов могут занимать определенные сайты решетки, а уровни энергии электронов в этих ионах легирующей привязки взаимодействуют с полосовой структурой сульфида цинка. При возбуждении фотонов электроны в ионах легирующих примеси могут быть повышены до более высоких уровней энергии, а затем возвращаться к более низким уровням энергии, испуская свет в процессе. Фосфоры сельфида цинка используются в катоде -лучевых трубках, флуоресцентных лампах и сцинтилляционных детекторах.

Электронные применения

В качестве полупроводника в некоторых электронных устройствах используется сульфид цинка. Широкая полосатая планка позволяет использовать его в высоком напряжении и высоких температурных приложениях. Например, его можно использовать в некоторых типах диодов и транзисторов. Кристаллическая структура влияет на подвижность носителя (движение электронов и отверстий) в полупроводнике. В хорошо упорядоченной кристаллической решетке носители могут двигаться более свободно, снижая сопротивление и улучшая производительность электронных устройств.

Полимер и пластиковые применения

Высокопроизводительный пластиковый сульфид цинкаэто еще одна важная область применения. Сульфид цинка может быть включен в полимеры и пластмассы для улучшения их свойств. Например, это может улучшить механическую прочность, теплостойкость и задержку пламени пластиковых материалов. Кристаллическая структура сульфида цинка может взаимодействовать с полимерной матрицей, обеспечивая усиление и улучшая общую производительность композитного материала.

Заключение

В заключение, кристаллическая структура сульфида цинка, включая структуры сфалерита и вюрцита, является фундаментальным аспектом, который определяет его свойства и применение. Как поставщик сульфида цинка, понимание этих кристаллических структур имеет решающее значение для обеспечения высококачественных продуктов для наших клиентов.

Будь то оптические покрытия, люминесцентные применения или полимерные композиты, специфическая кристаллическая структура сульфида цинка может быть адаптирована с помощью методов синтеза и условий обработки для удовлетворения требований различных отраслей. Если вы заинтересованы в покупке сульфида цинка для вашего конкретного приложения, пожалуйста, свяжитесь с нами для дальнейших обсуждений. Мы стремимся предоставить вам лучшие продукты и техническую поддержку, основанную на наших глубоких знаниях кристаллической структуры и свойств сульфида цинка.

Ссылки

1. Киттель, С. (1996). Введение в физику твердого состояния. Джон Уайли и сыновья.
2. Ashcroft, NW, & Mermin, ND (1976). Физика твердого состояния. Холт, Райнхарт и Уинстон.
3. Справочник по химии и физике CRC. (2020). CRC Press.