Zpráva

Sulfid kademnatý (CdS) je anorganický sloučeninový materiál, který po desetiletí hraje důležitou roli v optoelektronice a fotonice. Tento sulfidový polovodičový materiál se vyznačuje svými jedinečnými optickými vlastnostmi, které z něj činí všestranně použitelný materiál. V tomto blogovém příspěvku se chceme podrobněji zabývat vlastnostmi a aplikacemi sulfidu kademnatého.

Krystalová struktura a chemické vlastnosti sulfidu kademnatého

Sulfid kademnatý krystalizuje ve wurtzitové struktuře, hexagonální krystalové struktuře, kde jsou atomy kadmia a síry tetraedricky koordinovány. Tato krystalová struktura vede k řadě zajímavých fyzikálních vlastností materiálu.

Na atomární úrovni se sulfid kademnatý skládá z kovalentně vázaných atomů kadmia a síry. Délka vazby mezi atomy je přibližně 2,52 Å. Kadmium má oxidační stav +2, síra má oxidační stav -2, takže materiál je celkově elektricky neutrální.

Sulfid kademnatý je přímý polovodič s šířkou zakázaného pásu přibližně 2,42 eV při pokojové teplotě. To znamená, že elektrony mohou být přímo excitovány z valenčního pásu do vodivostního pásu bez nutnosti dodatečné energie ve formě fononů (mřížkových vibrací). Tento přímý přechod vede k velmi efektivní absorpci a emisi světla v optoelektronických zařízeních na bázi CdS.

Optické vlastnosti sulfidu kademnatého

Optické vlastnosti sulfidu kademnatého jsou velmi všestranné a dělají z tohoto materiálu cenný materiál v optoelektronice. Patří k nim zejména:

Absorpce světla

Sulfid kademnatý je schopen absorbovat velkou část viditelného světla. Absorpční hrana leží ve fialové oblasti vlnových délek přibližně při 515 nm. Nad touto vlnovou délkou je CdS transparentní, pod ní je světlo efektivně absorbováno. Tato selektivní absorpce činí CdS ideálním materiálem pro optoelektronické součástky jako solární články nebo fotodetektory.

Luminiscence

Je-li sulfid kademnatý excitován světlem, může absorbovanou energii uvolnit ve formě luminiscence, tedy světelné emise. V závislosti na dotování a defektech v krystalové mřížce lze dosáhnout různých emisních barev – od modré přes zelenou až po žlutou. Tato vlastnost činí CdS zajímavým materiálem pro světelné diody (LED) a aplikace v displejích.

Fotovodivost

Sulfid kademnatý je polovodičový materiál, jehož elektrická vodivost se výrazně zvyšuje při osvětlení. Tento efekt fotovodivosti je využíván v mnoha optoelektronických součástkách jako fotorezistory nebo kopírky.

Nelineární optika

Díky své krystalové struktuře a symetrickým vlastnostem vykazuje sulfid kademnatý také nelineární optické efekty. Mezi ně patří například zdvojnásobení frekvence laserového světla, které může být použito v holografii nebo laserové technice.

Aplikace sulfidu kademnatého

Unikátní optické vlastnosti sulfidu kademnatého z něj činí všestranně použitelný materiál v optoelektronice a fotonice. Některé důležité aplikace jsou:

Solární články

Sulfid kademnatý se často používá jako okenní materiál v tenkovrstvých solárních článcích, zejména v kombinaci s teluridem kademnatým (CdTe) jako absorpčním materiálem. Dobrá absorpce světla a fotovodivost CdS přispívají k vysoké účinnosti těchto solárních článků.

Fotodetektory

Fotovodivost sulfidu kademnatého z něj činí ideální materiál pro fotodetektory jako fotorezistory nebo fotobuňky. Fotodetektory na bázi CdS nacházejí uplatnění v kamerách, pohybových čidlech a mnoha dalších optoelektronických zařízeních.

Světelné diody (LED)

Díky svým luminiscenčním vlastnostem může být sulfid kademnatý také použit jako světelný materiál ve světelných diodách (LED). Zejména žluté a zelené LED profitují z emisních vlastností CdS.

Optické filtry

Selektivní absorpce CdS ve fialové oblasti vlnových délek z něj činí vhodný materiál pro optické filtry, které mohou být použity například v kamerách nebo displejích.

Nelineární optika

Nelineární optické vlastnosti sulfidu kademnatého nacházejí uplatnění v holografii, laserové technice a frekvenční konverzi.

Celkově je sulfid kademnatý díky svým rozmanitým optickým vlastnostem extrémně univerzálním a důležitým polovodičovým materiálem v optoelektronice. Navzdory určitým obavám ohledně toxicity kadmia zůstává CdS cenným materiálem, který nachází uplatnění v mnoha moderních technologiích.