Il seleniuro di cadmio (CdS) è un importante semiconduttore che rientra nella categoria dei semiconduttori II-VI, costituiti da metalli del gruppo II B o 12 e non metalli appartenenti al gruppo 16, noto come gruppo dei calcogeni. Questi materiali sono per lo più formati da elementi come cadmio, zinco e mercurio per i metalli, e zolfo, selenio e tellurio per i non metalli.
Caratteristiche strutturali del seleniuro di cadmio
Indice Articolo
Il seleniuro di cadmio è un calcogenuro binario che presenta sia legami di tipo ionico sia covalente. Le sue strutture cristalline principali includono la wurtzite di tipo esagonale, la sfalerite (o blenda di zinco) e la salgemma cubica, con la wurtzite che è quella maggiormente utilizzata. Riscaldando la sfalerite, essa si trasforma in wurtzite, dato che la prima è instabile, in un intervallo di temperatura compreso tra 130 e 700 °C. La forma cristallina cubica è osservabile solo sotto elevate pressioni.
In natura, il seleniuro di cadmio è presente nel raro minerale cadmoselite, scoperto per la prima volta nel 1957 in Tuva, una repubblica della Federazione Russa situata nella parte centro-meridionale della Siberia, al confine con la Mongolia.
Proprietà fisiche e ottiche
Questo composto si presenta in tonalità che variano dal nero al rosso-nero e possiede un’alta sensibilità alla luce nella gamma visibile, mostrando anche un elevato grado di luminescenza. La sua naturale fotosensibilità lo rende adatto all’uso in dispositivi optoelettronici, come i transistor a film sottili, i fotoconduttori e i rivelatori di raggi gamma.
A temperatura ambiente, il seleniuro di cadmio presenta un band gap diretto di 1.74 eV e un band gap indiretto compreso tra 1.23 e 1.25 eV, rendendolo altamente efficace nell’effetto fotoelettrico. Non è solubile in acqua e possiede una densità di 5.81 g/cm³, una temperatura di fusione superiore a 1350 °C, una resistività elettrica che varia fra 105 e 106 Ω-cm, mobilità degli elettroni tra 450 e 900 cm²/V·s e un indice di rifrazione di 2.87 a 900 nm.
La dimensione delle nanoparticelle di seleniuro di cadmio influisce sulle loro proprietà, consentendo loro di esibire comportamenti unici dovuti all’effetto di confinamento quantistico, il quale altera le caratteristiche luminose in base alla dimensione delle particelle.
Metodi di sintesi delle nanoparticelle
Nel 1879, il chimico francese MJ Margottet scoprì il modo di preparare il seleniuro di cadmio, riscaldando cadmio elementare in presenza di seleniuro di idrogeno (H2Se) e sublimando il composto in un’atmosfera di idrogeno. Oggi, i punti quantici di seleniuro di cadmio, le nanostrutture semiconduttrici, vengono sintetizzati prevalentemente attraverso due approcci: “top-down” e “bottom-up”. Nel metodo top-down, il materiale viene ridotto in dimensioni attraverso vari metodi meccanici, chimici e fisici, mentre nell’approccio bottom-up, i precursori molecolari vengono assemblati per formare le nanoparticelle tramite processi di precipitazione e di fase vapore.
Ulteriori tecniche di sintesi prevedono l’uso di metalli di partenza come cloruro di cadmio e ossido di selenio in combinazione con agenti riducenti. Le procedure biogeniche per la sintesi mostrano una crescente attenzione per il loro impatto ambientale, utilizzando organismi come funghi e batteri. In un esperimento, il Saccharomyces cerevisiae ha fornito un metodo per ottenere punti quantici utilizzando selenito di sodio e cloruro di cadmio come precursori.
Applicazioni pratiche
I punti quantici di seleniuro di cadmio sono ampiamente utilizzati nel settore biomedico per la diagnosi di malattie, imaging intracellulare e nel tracciamento di singole proteine, nonché nella somministrazione di farmaci. Inoltre, il seleniuro di cadmio funge da catalizzatore ed è impiegato in diodi a emissione di luce, celle solari e fotoresistori. Grazie alla sua trasparenza alle radiazioni infrarosse, può essere usato nella produzione di finestre atmosferiche a infrarossi, riducendo l’assorbimento di radiazioni termiche da parte dell’atmosfera terrestre.
Le nanoparticelle di seleniuro di cadmio trovano applicazione anche nei sensori chimici per il monitoraggio della qualità dell’aria e nella rilevazione di gas inquinanti. Nel campo dei dispositivi fotonici, i punti quantici CdSe sono impiegati come emettitori nei display a colori e per amplificare segnali ottici in fibra ottica, permettendo di evitare la conversione in segnali elettrici. Inoltre, vengono utilizzati in sensori ottici di temperatura, monitorando le variazioni di temperatura tanto nell’aria quanto in liquidi e solidi, oltre ad essere parte di filtri per l’elaborazione veloce dei segnali.
