جسيمات ZnS الموثقة بالثنائي: نمو البلورة، الشكل، والخصائص البصرية

تم استخدام طريقة الجل-الهباء لتركيب مركبات Zn1−xBixS (س = 0، 0.25، 0.5، 0.75، و 1) بهدف دراسة التأثيرات الهيكلية، الشكلية، والبصرية لأيونات البزموت داخل الشبكة البلورية لكبريتيد الزنك (ZnS). أظهرت نتائج حيود الأشعة السينية أن جميع العينات تبلورت في مرحلة ZnS المكعب، مع ظهور مرحلة ثانوية من ثنائي كبريتيد البزموت عند محتوى بزموت أعلى. زاد حجم البلورات من 10.5 نانومتر عند س = 0 إلى 26.7 نانومتر عند س = 0.75 ووصل إلى 31.6 نانومتر عند س = 1، مصحوبًا بانخفاض حاد في الإجهاد المجهري من 1.48% إلى حوالي 0.49%. كشفت صور المجهر الإلكتروني بتقنية انبعاث الحقل عن تحول شكلي واضح من جسيمات ZnS كروية إلى جسيمات طبقية تشبه الأوراق عند مستويات استبدال بزموت أعلى. أظهر طيف الأشعة فوق البنفسجية – المرئية إزاحة حمراء مع انخفاض في فجوة الطاقة من 3.95 إلكترون فولت لـ ZnS النقي إلى 3.59 إلكترون فولت عند الاستبدال الكلي (س = 1)، مما يُعزى إلى مستويات طاقة 6p لأيونات البزموت بالقرب من حافة نطاق التوصيل، مما يخلق مستويات سطح وإلكترون تقلل من طاقة انتقال الإلكترون. تُظهر هذه النتائج أن الاستبدال المتتابع للبزموت يوفر استراتيجية فعالة تُخصص الخصائص الهيكلية، الشكلية، والبصرية لمركب ZnS، مما يجعله مرشحًا واعدًا لخلايا الطاقة الشمسية القائمة على الأفلام الرقيقة وتطبيقات التحفيز الضوئي.