كبريتيد الكادميوم (CdS) هو مادة مركبة غير عضوية تلعب دوراً مهماً في الإلكترونيات الضوئية والفوتونات منذ عقود. يتميز هذا المادة شبه الموصلة الكبريتية بخصائصها البصرية الفريدة التي تجعلها مادة متعددة الاستخدامات. في هذه المدونة، سنتعمق في خصائص وتطبيقات كبريتيد الكادميوم. البنية البلورية والخصائص الكيميائية لكبريتيد الكادميوم يتبلور كبريتيد الكادميوم في بنية الفورتزيت، وهي بنية بلورية سداسية حيث تترتب ذرات الكادميوم والكبريت بشكل رباعي السطوح. تؤدي هذه البنية البلورية إلى مجموعة من الخصائص الفيزيائية المثيرة للمادة. على المستوى الذري، يتكون كبريتيد الكادميوم من ذرات الكادميوم والكبريت المرتبطة تساهمياً. يبلغ طول الرابطة بين الذرات حوالي 2.52 أنغستروم. للكادميوم حالة أكسدة +2، وللكبريت حالة أكسدة -2، مما يجعل المادة متعادلة كهربائياً بشكل عام. كبريتيد الكادميوم هو شبه موصل مباشر بفجوة نطاق تبلغ حوالي 2.42 إلكترون فولت في درجة حرارة الغرفة. هذا يعني أنه يمكن إثارة الإلكترونات مباشرة من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل دون الحاجة إلى طاقة إضافية على شكل فونونات (اهتزازات الشبكة). يؤدي هذا الانتقال المباشر إلى امتصاص وانبعاث ضوئي فعال للغاية في الأجهزة الإلكترونية الضوئية القائمة على CdS. الخصائص البصرية لكبريتيد الكادميوم الخصائص البصرية لكبريتيد الكادميوم متنوعة للغاية، مما يجعل المادة مادة قيمة في الإلكترونيات الضوئية. وتشمل على وجه الخصوص: امتصاص الضوء يتمكن كبريتيد الكادميوم من امتصاص جزء كبير من الضوء المرئي. تقع حافة الامتصاص في نطاق الطول الموجي البنفسجي عند حوالي 515 نانومتر. فوق هذا الطول الموجي، يكون CdS شفافًا، بينما يتم امتصاص الضوء بكفاءة تحته. يجعل هذا الامتصاص الانتقائي CdS مادة مثالية للمكونات الإلكترونية الضوئية مثل الخلايا الشمسية أو الكاشفات الضوئية. التَلألُؤ عند إثارة كبريتيد الكادميوم بالضوء، يمكنه إعادة إطلاق الطاقة الممتصة على شكل تَلألُؤ، أي انبعاث ضوئي. اعتمادًا على التشويب والعيوب في الشبكة البلورية، يمكن تحقيق ألوان انبعاث مختلفة - من الأزرق إلى الأخضر إلى الأصفر. تجعل هذه الخاصية CdS مادة مثيرة للاهتمام للثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) وتطبيقات الشاشات. الموصلية الضوئية كبريتيد الكادميوم هو مادة شبه موصلة تزداد موصليتها الكهربائية بشكل ملحوظ تحت تأثير الضوء. يتم استخدام تأثير الموصلية الضوئية هذا في العديد من المكونات الإلكترونية الضوئية مثل المقاومات الضوئية أو آلات التصوير. البصريات غير الخطية بسبب هيكله البلوري وخصائص التناظر، يُظهر كبريتيد الكادميوم أيضًا تأثيرات بصرية غير خطية. وتشمل هذه، على سبيل المثال، مضاعفة تردد ضوء الليزر، والتي يمكن استخدامها في الهولوغرافيا أو تكنولوجيا الليزر. تطبيقات كبريتيد الكادميوم تجعل الخصائص البصرية الفريدة لكبريتيد الكادميوم منه مادة متعددة الاستخدامات في الإلكترونيات الضوئية والفوتونيات. بعض التطبيقات المهمة هي: الخلايا الشمسية يُستخدم كبريتيد الكادميوم بشكل شائع كمادة للنافذة في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، خاصةً بالاشتراك مع تيلوريد الكادميوم (CdTe) كمادة ماصة. تساهم الامتصاصية الجيدة للضوء والموصلية الضوئية لـ CdS في الكفاءة العالية لهذه الخلايا الشمسية. الكاشفات الضوئية تجعل الموصلية الضوئية لكبريتيد الكادميوم منه مادة مثالية للكاشفات الضوئية مثل المقاومات الضوئية أو الخلايا الضوئية. تُستخدم الكاشفات الضوئية القائمة على CdS في الكاميرات وكاشفات الحراء والعديد من الأجهزة الإلكترونية الضوئية الأخرى. الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) بفضل خصائصه المتألقة، يمكن استخدام كبريتيد الكادميوم أيضًا كمادة مضيئة في الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs). تستفيد الثنائيات الباعثة للضوء الصفراء والخضراء بشكل خاص من خصائص الانبعاث في CdS. المرشحات البصرية يجعل الامتصاص الانتقائي لـ CdS في نطاق الطول الموجي البنفسجي منه مادة مناسبة للمرشحات البصرية التي يمكن استخدامها على سبيل المثال في الكاميرات أو الشاشات. البصريات غير الخطية تجد الخصائص البصرية غير الخطية لكبريتيد الكادميوم تطبيقات في الهولوغرافيا وتكنولوجيا الليزر وتحويل التردد. بشكل عام، يُعد كبريتيد الكادميوم مادة شبه موصلة متعددة الاستخدامات ومهمة للغاية في الإلكترونيات الضوئية نظرًا لخصائصه البصرية المتنوعة. على الرغم من بعض المخاوف بشأن سمية الكادميوم، يظل CdS مادة قيمة تُستخدم في العديد من التقنيات الحديثة.