Zinksulfid

Material
ZnS

 

Zinksulfid ist ein IR-Fenstermaterial und ein transparenter Halbleiter mit einer direkten Bandlücke. Es besitzt ebenso piezoelektrische, photoleitende und elektrolumineszente Eigenschaften. Zinksulfid wird durch CVD (chemical vapour deposition) hergestellt. Zwei Sorten von ZnS sind verfügbar:

 

Gewöhnliches Zinksulfid (FLIR) ist ein polykristallines Material und besitzt eine besondere Härte. Es hat eine gelbe Farbe und ist transluzent im sichtbaren Bereich. Es wird ohne weitere Behandlung so verwendet wie es sich abgesetzt hat. Häufig wird dieses Material für IR-Fenster und Linsen im thermischen Bereich (8µm – 14µm) als harte Frontoptik in thermischen Bildgebungssystemen verwendet, insbesondere bei rauen Umweltbedingungen.

 

Multispektrales Zinksulfid (Multispectral) wird nach der Züchtung in einem speziellen Prozess nachbehandelt, um mikroskopische Löcher und Defekte zu beseitigen, die beim gewöhnlichen Material auftritt. Das multispektrale ZnS erweitert seine Transmission um den sichtbaren bis infraroten Bereich aufgrund der geringeren Absorption und Streuung. Das reine ZnS wird für multispektrale Anwendungen als externe Fenster oder Domen verwendet, die eine geringe einzelne Öffnung oder einen Strahlengang für einige Welllenlängenbänder benötigen, wie es Systeme bei einer visuellen Kamera oder bei mittel- und langwelligen Detektoren und laserbasierten Entfernungsmessern verlangen.

Eigenschaften
Optische Eigenschaften
FLIR ZnS
Multispectral ZnS
Transmissionsbereich in µm (Minimum 10%)
1‐14
0,35‐14
Transmissionsbereich in µm (Minimum 50%)
1‐13
0,37‐13
Brechungsindex @633nm
2,351

(2,192 @10,6µm)

2,351

(2,201 @10µm)

Reflexionsverluste in % an 1 Oberfläche
14 @10µm
14 @10µm
Reflexionsverluste in % an 2 Oberflächen
24,6 @10,6µm
24,7 @10,6µm
dN/dT in 1/K
-43 · 10-6 @3,39µm
-38,7 · 10-6 @3,39µm
Physikalische Eigenschaften
FLIR ZnS
Multispectral ZnS
Dichte in g/cm3
4,08
4,09
Schmelzpunkt in °C
1827
1827
Spezifische Wärmekapazität in J/(kg · K)
469
515
Thermische Leitfähigkeit in W/(m · K)
16,7 @296K
27,2 @298K
Thermische Ausdehnung in 1/K
6,6 · 10-6 @273K
6,5 · 10-6 @273K
Dielektische Konstante
88
Wasserlöslichkeit in g/100g
unlöslich
unlöslich
Mohs-Härte
3,5‐4
Knoop-Härte in kg/mm²
160
160
Materialtyp
polykristallin, synthetisch
polykristallin, synthetisch
Kristalltyp
kubisch, Zinkblendenstruktur
kubisch, Zinkblendenstruktur
Kristallstruktur
Fm3m
cF8
Gitterkonstante in Å
a = 5,42
a = 5,42
Elastizitätskonstanten in GPa
C11 = 102

C12 = 64,6

C44 = 44,6

Elastizitätsmodul (E) in GPa
74,5
74,5
Dehnungsgrenze in MPa
103,4
68,9
Poissonzahl
0,29
0,28
Spektrale Eigenschaften
Optical Properties FLIR ZnS Multispectral ZnS
Transmission range in µm @10% min. 1 - 14 0.35 - 13
Transmission range in µm @50% min. 1 - 13 0.37 - 13
Refractive index 2.192 @10.6µm 2.20084 @10µm
Reflection losses in % at 1 surface 14 @10µm 14 @10µm
Reflection losses in % at 2 surfaces 24.6 @10.6µm 24.7 @10.6µm
dn/dT in 1/K 43 · 10-6 @3.39µm 38.7 · 10-6 @3.39µm
Physical Properties FLIR ZnS Multispectral ZnS
Density in g/cm³ 4.08 4.09
Melting point in °C 1827 1827
Specific heat capacity in J/(kg · K) 469 515
Thermal Conductivity in W/(m · K) 16.7 @296K 27.2 @298K
Thermal Expansion in 1/K 6.6 · 10-6 @273K 6.5 · 10-6 @273K
Dielectric constant 8.393 88
Solubility in water in g/100g unsoluble unsoluble
Mohs hardness 3.5 - 4
Knoop hardness in kg/mm² 160 160
Material type Polycrystalline, synthetic Polycrystalline, synthetic
Crystal type cubic, Zincblende structure
Crystal structure F43m F42m
Lattice constant in Å a = 5.67
Elastic coeficients in GPa C11 = 102
C12 = 64.6
C44 = 44.6
Young's Modulus (E) in GPa 87.6 33
Shear Modulus (G) in GPa 80.41
Bulk Modulus (K) in GPa 63.1
Rupture Modulus in MPa 68.9
Apparent elastic limit in MPa 103.4 68.9
Poisson ratio 0.29 0.28
Spectral Properties