硫化锌的作用

发布日期:2023/3/2 10:24:17

金属硫化物具有优良的电性能，广泛的应用于半导体、颜料、光致发光装置、太阳能电池、红外检测器、光纤维通讯等；其中硫化锌是II-VI族化合物中被广泛研究和应用的材料之一。那硫化锌作用如何呢？

硫化锌是白色至灰白或浅黄色粉末。见光色变深。在干燥空气中稳定，久置湿空气中或含有水分时，渐氧化为硫酸锌。溶于稀无机酸，不溶于水和碱溶液。相对密度3.98(α型)，(d25)4.102(β型)，有刺激性。由于其具有多种优异的性能，在多个领域被广泛应用。

1 化工

图片来源于网络

硫化锌在化工生产中主要应用于油漆和塑料中，硫化锌的生产，首先有记录是在1783年的法国，由于其白色不透明性及不溶于水、有机溶剂、弱酸、弱碱而在油漆中成为重要的颜料。硫化锌现在美国已成为除二氧化钛外的次重要颜料，但在欧洲工业界继续享有重要地位。作为块体材料熔点为1650℃ ，纯度为98%的商品级硫化锌的莫氏硬度3.0，折光系数2.37，由于其高的折光系数和耐磨性，硫化锌颜料在器材、蜡纸、金属板上涂上很薄的一层就具有比较高的遮盖力。硫化锌易分散，不易团聚，为中性的白色，且具有良好的光学性质，常作为热固塑料、热塑塑料、强化纤维玻璃、阻燃剂、人造橡胶以及分散剂的组分。

硫化锌很软,因此磨损性很小，作为颜料的白色弹性体生产出的鞋底要比用TiO2做的使用寿命要长很多。

作为一种稳定剂，硫化锌也被发明性的应用于一些热塑性塑料尤其象PP和PBT，用于提高聚合体的热稳定性。关于其中的机制，到目前为止并没有结论性的解释。但我们相信是因为硫化锌能和绝大多数有催化效果的金属离子反应结合成不可移动络合物，避免了因这些离子进入聚合物晶格内产生的催化降解作用，即硫化锌所谓的“固定效果”。

另外，硫化锌的柔软度使之在对磨损性要求的工艺中有TiO2无法比拟的优势。

2 陶瓷

图片来源于网络

由于硫化锌有很好的烧结性能而应用于陶瓷上。研究表明单分散颗粒的硫化锌粉体的烧结性能高于团聚体硫化锌的烧结性能，且随粒径的减小，烧结性能增强。粒径为0.1ym的硫化锌在1000℃烧结2h后得到的硫化锌陶瓷的密度高达理论密度的98%。

3 光电

立方硫化锌

图片来源于网络　　

立方硫化锌在可见光范围有高的折射率(n488：2.43，n589=2.36)，对该波段的光没有吸收。硫化锌是一种宽带隙半导体，体相材料的带隙为3.75eV，3nm的硫化锌颗粒的带隙为4.13eV，发生明显的蓝移，是一种有潜力的光子材料。1994年，Bhargava R N首次报道了在半导体纳米微晶材料硫化锌中掺入一定量的锰得到掺杂的纳米微晶材料硫化锌：锰。通过掺杂，改变了发光体中电子跃迁路径从而降低了非辐射电子损失。发光测试表明其量子效率大幅度提高，衰减时间比体材料缩短了5个数量级，使硫化锌：锰发光体具备了快响应、低阈值的光学性质。通过其它金属离子M(过渡金属离子铜、银、稀土元素离子钐、铕、铽、铒等)的掺杂发现，在纳米硫化锌基质中引入不同的掺杂剂，可以得到不同波段的可见发射。以硫化锌为基质的电激发光显示器发光颜色随添加物质的不同而异，如硫化锌中掺杂锰(添加氟化锰，发光波长为675nm)为黄橙色，掺杂锰加滤光片为黄绿色，掺杂钐为红色，掺杂铽氟(添加氟化铽，可得波长542.5nm及487.5nm的光)为绿色，掺杂铥氟为蓝色。掺铒硫化锌薄膜器件有电致近红外发光性能，痕量铜的存在会促使局部区域的硫化锌结构从六角晶型向立方晶型转变，形成多种发光中心。由于量子尺寸效应的存在，纳米硫化锌：M同体相相比，其荧光粉的发射波长也发生了变化。因此，可以通过掺杂及控制其微粒尺度等手段来调制其发光频率、发光效率等，以实现分子水平上的掺杂，可望研制成蓝色发光器件，实现超高分辨率、超大屏幕显示。长春物理研究所研制的硫化锌：Mn，Cu直流电致发光材料，达到世界先进水平。它用于数字、文字、符号和自动模拟显示、计算机终端和雷达显示、大屏幕显示，在军事、交通、邮电等。

4 光催化

由于纳米硫化锌是一种光子材料，能产生光子空穴，量子尺寸效应带来的能级改变、能隙变宽使其氧化还原能力增强，是优异的光催化半导体。将纳米硫化锌包裹在聚苯乙烯或二氧化硅上形成核一壳结构的纳米颗粒，然后将核去掉做成空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利用太阳光可进行有机物的降解。美国、日本利用这种方法对海上石油泄露造成的污染进行处理。采用这种方法还可以将粉体添加到陶瓷釉料中，使其具有保洁杀菌的功能，也可以添加到人造纤维中制成杀菌纤维。

5 红外性能

硫化锌红外光谱图