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    淺談硫化鋅的作用

    來源:小柱說化日期:2022/7/5 瀏覽:0

          金屬硫化物具有優良的電性能,廣泛的應用于半導體、顏料、光致發光裝置、太陽能電池、紅外檢測器、光纖維通訊等;其中硫化鋅是II-VI族化合物中被廣泛研究和應用的材料之一。那硫化鋅作用如何呢?

          硫化鋅是白色至灰白或淺黃色粉末。見光色變深。在干燥空氣中穩定,久置濕空氣中或含有水分時,漸氧化為硫酸鋅。溶于稀無機酸,不溶于水和堿溶液。相對密度3.98(α型),(d25)4.102(β型),有刺激性。由于其具有多種優異的性能,在多個領域被廣泛應用。

    01  化工
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          硫化鋅在化工生產中主要應用于油漆和塑料中,硫化鋅的生產,首先有記錄是在1783年的法國,由于其白色不透明性及不溶于水、有機溶劑、弱酸、弱堿而在油漆中成為重要的顏料。硫化鋅現在美國已成為除二氧化鈦外的次重要顏料,但在歐洲工業界繼續享有重要地位。作為塊體材料熔點為1650℃ ,純度為98%的商品級硫化鋅的莫氏硬度3.0,折光系數2.37,由于其高的折光系數和耐磨性,硫化鋅顏料在器材、蠟紙、金屬板上涂上很薄的一層就具有比較高的遮蓋力。硫化鋅易分散,不易團聚,為中性的白色,且具有良好的光學性質,常作為熱固塑料、熱塑塑料、強化纖維玻璃、阻燃劑、人造橡膠以及分散劑的組分。

          硫化鋅很軟,因此磨損性很小,作為顏料的白色彈性體生產出的鞋底要比用TiO2做的使用壽命要長很多。

          作為一種穩定劑,硫化鋅也被發明性的應用于一些熱塑性塑料尤其象PP和PBT,用于提高聚合體的熱穩定性。關于其中的機制,到目前為止并沒有結論性的解釋。但我們相信是因為硫化鋅能和絕大多數有催化效果的金屬離子反應結合成不可移動絡合物,避免了因這些離子進入聚合物晶格內產生的催化降解作用,即硫化鋅所謂的“固定效果”。
          另外,硫化鋅的柔軟度使之在對磨損性要求的工藝中有TiO2無法比擬的優勢。

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    02  陶瓷
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          由于硫化鋅有很好的燒結性能而應用于陶瓷上。研究表明單分散顆粒的硫化鋅粉體的燒結性能高于團聚體硫化鋅的燒結性能,且隨粒徑的減小,燒結性能增強。粒徑為0.1ym的硫化鋅在1000℃燒結2h后得到的硫化鋅陶瓷的密度高達理論密度的98%。

    03 光電 
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          立方硫化鋅在可見光范圍有高的折射率(n488:2.43,n589=2.36),對該波段的光沒有吸收。硫化鋅是一種寬帶隙半導體,體相材料的帶隙為3.75eV,3nm的硫化鋅顆粒的帶隙為4.13eV,發生明顯的藍移,是一種有潛力的光子材料。1994年,Bhargava R N首次報道了在半導體納米微晶材料硫化鋅中摻入一定量的錳得到摻雜的納米微晶材料硫化鋅:錳。通過摻雜,改變了發光體中電子躍遷路徑從而降低了非輻射電子損失。發光測試表明其量子效率大幅度提高,衰減時間比體材料縮短了5個數量級,使硫化鋅:錳發光體具備了快響應、低閾值的光學性質。通過其它金屬離子M(過渡金屬離子銅、銀、稀土元素離子釤、銪、鋱、鉺等)的摻雜發現,在納米硫化鋅基質中引入不同的摻雜劑,可以得到不同波段的可見發射。以硫化鋅為基質的電激發光顯示器發光顏色隨添加物質的不同而異,如硫化鋅中摻雜錳(添加氟化錳,發光波長為675nm)為黃橙色,摻雜錳加濾光片為黃綠色,摻雜釤為紅色,摻雜鋱氟(添加氟化鋱,可得波長542.5nm及487.5nm的光)為綠色,摻雜銩氟為藍色。摻鉺硫化鋅薄膜器件有電致近紅外發光性能,痕量銅的存在會促使局部區域的硫化鋅結構從六角晶型向立方晶型轉變,形成多種發光中心。由于量子尺寸效應的存在,納米硫化鋅:M同體相相比,其熒光粉的發射波長也發生了變化。因此,可以通過摻雜及控制其微粒尺度等手段來調制其發光頻率、發光效率等,以實現分子水平上的摻雜,可望研制成藍色發光器件,實現超高分辨率、超大屏幕顯示。長春物理研究所研制的硫化鋅:Mn,Cu直流電致發光材料,達到世界先進水平。它用于數字、文字、符號和自動模擬顯示、計算機終端和雷達顯示、大屏幕顯示,在軍事、交通、郵電等。

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    光催化

          由于納米硫化鋅是一種光子材料,能產生光子空穴,量子尺寸效應帶來的能級改變、能隙變寬使其氧化還原能力增強,是優異的光催化半導體。將納米硫化鋅包裹在聚苯乙烯或二氧化硅上形成核一殼結構的納米顆粒,然后將核去掉做成空心小球,浮在含有有機物的廢水表面上,利用太陽光可進行有機物的降解。美國、日本利用這種方法對海上石油泄露造成的污染進行處理。采用這種方法還可以將粉體添加到陶瓷釉料中,使其具有保潔殺菌的功能,也可以添加到人造纖維中制成殺菌纖維。

    05  紅外性能


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    硫化鋅紅外光譜圖(圖片來源于網絡)

     硫化鋅是一種紅外光學材料,在3-5p.m和8-12ym波段具有較高的紅外透過率及優良的光、機、熱學綜合性能,是最佳的飛行器雙波段紅外觀察窗口和頭罩材料。利用該性質作為顏料攙雜的特殊吸波材料時需要有較大粒徑的單一顆粒,并可利用硫化鋅表面包裹的金屬納米層進行改性。

     硫化鋅的優異性能越來越受到材料學家的重視,人們一直在探索從微觀上穩定微粒并控制粒子的尺寸的好的合成方法。隨著研究工作的不斷深入,未來有希望找到既具有均勻尺度、形狀,又具有優良的光、電等性能的低維硫化鋅材料。

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