• 硫化鋅

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    硫化鋅

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    硫化鋅(或化鋅)是一種無機化合物,化學式為 ZnS。 這是自然界中鋅的主要形式,主要以閃鋅礦的形式出現。 雖然這種礦物通常因各種雜質而呈黑色,但其純凈物呈白色,被廣泛用作顏料。 在其致密的合成形式下,硫化鋅可以是透明的,它被用作可見光學和紅外光學的窗口。

    結構

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    ZnS 以兩種主要結晶形式存在。 這種二元論是多態性的一個例子。 在每種形式中,Zn 和 S 的配位幾何結構都是四面體。 更穩定的立方體形式也稱為閃鋅礦或閃鋅礦。 六角形被稱為礦物纖鋅礦,盡管它也可以合成生產。 從閃鋅礦形式到纖鋅礦形式的轉變發生在 1020 °C 左右。 四方晶系也被稱為非常稀有的礦物,稱為錳礦,分子式為 (Zn,Hg)S。

    應用

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    發光材料

    硫化硼在加入幾ppm合適的活化劑后,表現出強烈的磷光。 這種現象由尼古拉·特斯拉 (Nikola Tesla) 在 1893 年描述),目前用于許多應用,從陰極射線管到 X 射線屏幕,再到在黑暗中發光的產品。 當銀用作活化劑時,所得顏色為亮藍色,xxx波長為 450 納米。 使用錳會在 590 納米左右產生橙紅色。 銅能長時間發光,并且具有熟悉的綠色夜光。 摻雜銅的硫化鋅(ZnS 加 Cu)也用于電致發光面板。 由于在藍光或紫外光照射下的雜質,它還表現出磷光。

    光學材料

    硅化錠還用作紅外光學材料,從可見波長傳輸到剛好超過 12 微米。 它可以平面用作光學窗口或成形為透鏡。 它由硫化氣體和鋅蒸氣合成制成微晶薄片,并以 FLIR 級(前視紅外線)的形式出售,其中硫化鋅呈黃色不透明形式。 這種材料在熱等靜壓 (HIPed) 時可以轉化為透明的形式,稱為 Cleartran(商標)。 早期的商業形式作為 Irtran-2 銷售,但這個名稱現在已經過時了。

    顏料

    碳酸鈣是一種常見的色素,有時也稱為囊石。 當與硫酸鋇結合時,硫化鋅形成立德粉。

    催化劑

    精細的 ZnS 粉末是一種高效的光催化劑,可在光照下從水中產生氫氣。 ZnS在合成過程中可引入硫空位; 這逐漸將白黃色的 ZnS 變成棕色粉末,并通過增強光吸收來提高光催化活性。

    半導體特性

    閃鋅礦和纖鋅礦都是本征寬帶隙半導體。 這些是典型的 II-VI 半導體,它們采用與許多其他半導體相關的結構,例如砷化鎵。 立方形式的 ZnS 在 300 開爾文時的帶隙約為 3.54 電子伏特,而六方形式的帶隙約為 3.91 電子伏特。 ZnS 可以摻雜為 n 型半導體或 p 型半導體。

    歷史

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    ZnS 的磷光最早于 1866 年由法國化學家 Théodore Sidot 報道。他的發現由以發光研究而聞名的 A. E. Becquerel 提出。 ZnS 在早期的核物理學中被 Ernest Rutherford 等人用作閃爍探測器,因為它在 X 射線或電子束激發下發光,因此可用于 X 射線屏幕和陰極射線管。 這種特性使硫化鋅在鐳手表的表盤中很有用。

    硫化鋅

    制作

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    硫化錠通常由其他應用的廢料制成。 典型的來源包括冶煉廠、礦渣和泡菜液。 例如,從甲烷中合成氨需要先去除天然氣中的硫化氫雜質,為此使用了氧化鋅。 這種清除產生硫化鋅:

    ZnO + H2S → ZnS + H2O

    實驗室準備

    它很容易通過點燃鋅和硫的混合物來生產。 由于硫化鋅不溶于水,也可通過沉淀反應生成。 含有 Zn2+ 鹽的溶液在存在硫化物離子(例如來自 H2S)的情況下很容易形成沉淀物 ZnS。

    Zn2+ + S2? → ZnS

    該反應是鋅重量分析的基礎。

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    詞條目錄
    1. 硫化鋅
    2. 結構
    3. 應用
    4. 發光材料
    5. 光學材料
    6. 顏料
    7. 催化劑
    8. 半導體特性
    9. 歷史
    10. 制作
    11. 實驗室準備

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