Správa

Sulfid kademnatý (CdS) je anorganický zlúčeninový materiál, ktorý už desaťročia zohráva dôležitú úlohu v optoelektronike a fotonike. Tento sulfidový polovodičový materiál sa vyznačuje svojimi jedinečnými optickými vlastnosťami, ktoré z neho robia všestranný materiál. V tomto blogovom príspevku sa chceme podrobnejšie zaoberať vlastnosťami a aplikáciami sulfidu kademnatého.

Kryštálová štruktúra a chemické vlastnosti sulfidu kademnatého

Sulfid kademnatý kryštalizuje vo wurtzitovej štruktúre, hexagonálnej kryštálovej štruktúre, v ktorej sú atómy kademia a síry tetraedricky koordinované. Táto kryštálová štruktúra vedie k radu zaujímavých fyzikálnych vlastností materiálu.

Na atómovej úrovni sa sulfid kademnatý skladá z kovalentne viazaných atómov kademia a síry. Dĺžka väzby medzi atómami je približne 2,52 Å. Kademium má oxidačné číslo +2, síra má oxidačné číslo -2, takže materiál ako celok je elektricky neutrálny.

Sulfid kademnatý je priamy polovodič s šírkou zakázaného pásma približne 2,42 eV pri izbovej teplote. To znamená, že elektróny môžu byť priamo excitované z valenčného pásma do vodivostného pásma bez potreby dodatočnej energie vo forme fonónov (mriežkových vibrácií). Tento priamy prechod vedie k veľmi efektívnej absorpcii a emisii svetla v optoelektronických zariadeniach na báze CdS.

Optické vlastnosti sulfidu kademnatého

Optické vlastnosti sulfidu kademnatého sú mimoriadne všestranné a robia tento materiál cenným materiálom v optoelektronike. Patria sem najmä:

Absorpcia svetla

Sulfid kademnatý je schopný absorbovať veľkú časť viditeľného svetla. Absorpčný okraj sa nachádza vo fialovej oblasti vlnových dĺžok približne pri 515 nm. Nad touto vlnovou dĺžkou je CdS priehľadný, pod ňou je svetlo efektívne absorbované. Táto selektívna absorpcia robí z CdS ideálny materiál pre optoelektronické zariadenia ako solárne články alebo fotodetektory.

Luminiscencia

Ak je sulfid kademnatý excitovaný svetlom, môže absorbovanú energiu opäť vyžiariť vo forme luminiscencie, teda emisie svetla. V závislosti od dotovania a defektov v kryštálovej mriežke možno dosiahnuť rôzne emisné farby – od modrej cez zelenú až po žltú. Táto vlastnosť robí CdS zaujímavým materiálom pre svetelné diódy (LED) a aplikácie v displejoch.

Fotovodivosť

Sulfid kademnatý je polovodičový materiál, ktorého elektrická vodivosť sa pri pôsobení svetla výrazne zvyšuje. Tento efekt fotovodivosti sa využíva v mnohých optoelektronických zariadeniach, ako sú fotorezistory alebo fotokopírovacie prístroje.

Nelineárna optika

Vďaka svojej kryštálovej štruktúre a vlastnostiam symetrie vykazuje sulfid kademnatý aj nelineárne optické efekty. Patria sem napríklad zdvojnásobenie frekvencie laserového svetla, ktoré možno použiť v holografii alebo laserovej technike.

Aplikácie sulfidu kademnatého

Unikátne optické vlastnosti sulfidu kademnatého z neho robia všestranný materiál použiteľný v optoelektronike a fotónike. Niektoré dôležité aplikácie sú:

Solárne články

Sulfid kademnatý sa často používa ako materiál okna v tenkovrstvových solárnych článkoch, najmä v kombinácii s telúridom kademnatým (CdTe) ako absorpčným materiálom. Dobrá absorpcia svetla a fotovodivosť CdS prispievajú k vysokej účinnosti týchto solárnych článkov.

Fotodetektory

Fotovodivosť sulfidu kademnatého z neho robí ideálny materiál pre fotodetektory ako fotorezistory alebo fotobunky. Fotodetektory na báze CdS sa používajú v kamerách, pohybových čidlách a mnohých ďalších optoelektronických zariadeniach.

Svetelné diódy (LED)

Vďaka svojim luminiscenčným vlastnostiam môže byť sulfid kademnatý použitý aj ako svetloemisný materiál v svetelných diódach (LED). Najmä žlté a zelené LED využívajú emisné vlastnosti CdS.

Optické filtre

Selektívna absorpcia CdS vo fialovej oblasti vlnových dĺžok z neho robí vhodný materiál pre optické filtre, ktoré sa môžu použiť napríklad v kamerách alebo displejoch.

Nelineárna optika

Nelineárne optické vlastnosti sulfidu kademnatého nachádzajú uplatnenie v holografii, laserovej technike a frekvenčnej konverzii.

Celkovo je sulfid kademnatý vďaka svojim rozmanitým optickým vlastnostiam mimoriadne univerzálnym a dôležitým polovodičovým materiálom v optoelektronike. Napriek určitým obavám týkajúcim sa toxicity kádmia zostáva CdS cenným materiálom, ktorý sa používa v mnohých moderných technológiách.