سيلينيد الكادميوم

سيلينيد الكادميوم مركب غير عضوي صيغته الكيميائية CdSe . وهو مادة صلبة سوداء إلى حمراء داكنة، تُصنف ضمن أشباه الموصلات من النوع السالب (n) من المجموعة الثانية-السادسة . يُستخدم كصبغة، إلا أن استخداماته آخذة في التراجع بسبب المخاوف البيئية. ^{[ 6 ]}

من المعروف وجود ثلاثة أشكال بلورية من CdSe تتبع هياكل: وورتزيت (سداسي)، سفاليريت (مكعب) وملح الصخور (مكعب).

بنية السفاليريت CdSe غير مستقرة وتتحول إلى شكل الورتزيت عند التسخين المعتدل. يبدأ التحول عند حوالي 130  درجة مئوية،  ويكتمل في غضون يوم واحد عند 700 درجة مئوية. لا تُلاحظ بنية ملح الصخور إلا تحت ضغط عالٍ. ^{[ 7 ]}

تم إنتاج سيلينيد الكادميوم بطريقتين مختلفتين. يتم تحضير سيلينيد الكادميوم البلوري بكميات كبيرة باستخدام طريقة بريدجمان العمودية عالية الضغط أو طريقة صهر المنطقة العمودية عالية الضغط. ^{[ 8 ]}

يمكن أيضًا إنتاج سيلينيد الكادميوم على شكل جسيمات نانوية . (انظر التطبيقات لمزيد من التوضيح). وقد طُوّرت عدة طرق لإنتاج جسيمات CdSe النانوية، منها: الترسيب المُتحكّم به في المحلول، والتخليق في أوساط مُهيكلة، والتحلل الحراري عند درجات حرارة عالية، والطرق الصوتية الكيميائية، والطرق الإشعاعية. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يتم إنتاج سيلينيد الكادميوم عن طريق الترسيب الموقوف في المحلول عن طريق إدخال طليعة ألكيل الكادميوم وسيلينيد ثلاثي أوكتيل الفوسفين (TOPSe) في مذيب ساخن في ظل ظروف مضبوطة. ^{[ 11 ]}

Me ₂ Cd + TOPSe → CdSe + (منتجات ثانوية)

يمكن تعديل جسيمات CdSe النانوية عن طريق إنتاج مواد ثنائية الطور مطلية بطبقة من ZnS. ويمكن تعديل الأسطح بشكل إضافي، على سبيل المثال باستخدام حمض المركابتواسيتيك، لزيادة قابليتها للذوبان. ^{[ 12 ]}

يشير مصطلح "التخليق في بيئات منظمة" إلى إنتاج سيلينيد الكادميوم في محاليل البلورات السائلة أو محاليل المواد الفعالة سطحياً . غالباً ما تؤدي إضافة المواد الفعالة سطحياً إلى المحاليل إلى تغير في طور المحلول، مما ينتج عنه بلورة سائلة. تشبه البلورة السائلة البلورة الصلبة في أن المحلول يتمتع بترتيب انتقالي بعيد المدى. ومن أمثلة هذا الترتيب: طبقات متناوبة من المحلول والمادة الفعالة سطحياً، والمذيلات ، أو حتى ترتيب سداسي من القضبان.

تُجرى عملية التخليق بالتحلل الحراري عند درجات حرارة عالية عادةً باستخدام رذاذ يحتوي على خليط من طليعة الكادميوم والسيلينيوم المتطايرة. ثم يُمرر رذاذ الطليعة عبر فرن مع غاز خامل، مثل الهيدروجين أو النيتروجين أو الأرجون . في الفرن، تتفاعل الطليعة لتكوين سيلينيد الكادميوم (CdSe) بالإضافة إلى العديد من المنتجات الثانوية. ^{[ 9 ]}

تُظهر الجسيمات النانوية المشتقة من سيلينيد الكادميوم (CdSe) والتي يقل حجمها عن 10  نانومتر خاصية تُعرف باسم الحصر الكمي . وينتج الحصر الكمي عندما تُحصر الإلكترونات في المادة ضمن حجم صغير جدًا. ويعتمد الحصر الكمي على الحجم، مما يعني إمكانية ضبط خصائص جسيمات CdSe النانوية بناءً على حجمها. ^{[ 13 ]} أحد أنواع جسيمات CdSe النانوية هو النقطة الكمومية . ويؤدي هذا التجزؤ لمستويات الطاقة إلى انتقالات إلكترونية تختلف باختلاف حجم النقطة الكمومية. تتميز النقاط الكمومية الأكبر حجمًا بتقارب أكبر في مستويات الطاقة الإلكترونية مقارنةً بالنقاط الكمومية الأصغر، مما يعني أن الطاقة اللازمة لإثارة إلكترون من أعلى مستوى طاقة مشغول (HOMO) إلى أدنى مستوى طاقة غير مشغول (LUMO) أقل من الطاقة اللازمة للانتقال الإلكتروني نفسه في نقطة كمومية أصغر. ويمكن ملاحظة تأثير الحصر الكمي هذا على شكل انزياح نحو الأحمر في أطياف الامتصاص للبلورات النانوية ذات الأقطار الأكبر. يمكن أن تؤدي تأثيرات الحصر الكمي في النقاط الكمومية أيضًا إلى تقطع التألق ، والذي يسمى "الوميض". ^{[ 14 ]}

استُخدمت النقاط الكمومية من سيلينيد الكادميوم (CdSe) في تطبيقات متنوعة، منها الخلايا الشمسية ^{[ 15 ]} ، والثنائيات الباعثة للضوء ^{[ 16 ]} ، والوسم الحيوي الفلوري. كما تتمتع المواد القائمة على سيلينيد الكادميوم بإمكانيات واعدة في التصوير الطبي الحيوي. فالأنسجة البشرية نفاذة للأشعة تحت الحمراء القريبة . ومن خلال حقن جسيمات نانوية من سيلينيد الكادميوم مُحضّرة بشكل مناسب في الأنسجة المصابة، يُمكن تصوير هذه الأنسجة في المناطق المصابة. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

تتكون النقاط الكمومية من سيلينيد الكادميوم (CdSe) عادةً من نواة من سيلينيد الكادميوم وغلاف من الروابط. تلعب الروابط دورًا هامًا في استقرار الجسيمات النانوية وذوبانها. أثناء عملية التخليق، تعمل الروابط على تثبيت النمو لمنع تكتل وترسب البلورات النانوية. كما تؤثر هذه الروابط الخارجية على الخصائص الإلكترونية والبصرية للنقاط الكمومية من خلال تثبيط الحالات الإلكترونية السطحية. ^{[ 19 ]} ومن التطبيقات التي تعتمد على طبيعة الروابط السطحية تخليق أغشية رقيقة من سيلينيد الكادميوم. ^{[ 20 ] [ 21 ]} تؤثر كثافة الروابط على السطح وطول سلسلة الروابط على المسافة بين نوى البلورات النانوية، مما يؤثر بدوره على التراص والتوصيلية . يتطلب فهم بنية سطح النقاط الكمومية من سيلينيد الكادميوم، بهدف دراسة خصائصها الفريدة وإجراء المزيد من التعديلات الوظيفية لتنويع التخليق ، وصفًا دقيقًا لكيمياء تبادل الروابط على سطح النقاط الكمومية.

يسود اعتقاد بأن أكسيد ثلاثي أوكتيل فوسفين (TOPO) أو ثلاثي أوكتيل فوسفين (TOP)، وهو ربيطة متعادلة مشتقة من طليعة شائعة الاستخدام في تصنيع نقاط CdSe الكمومية، يغطي سطح هذه النقاط. إلا أن نتائج دراسات حديثة تُشكك في هذا النموذج. فقد أظهرت تقنية الرنين المغناطيسي النووي (NMR) أن النقاط الكمومية غير متكافئة، أي أن نسبة الكادميوم إلى السيلينيد ليست واحدًا إلى واحد. تحتوي نقاط CdSe على فائض من كاتيونات الكادميوم على سطحها، والتي يمكنها تكوين روابط مع أنواع أنيونية مثل سلاسل الكربوكسيلات. ^{[ 22 ]} وبالتالي، ستكون نقطة CdSe الكمومية غير متوازنة الشحنة إذا كان TOPO أو TOP هو النوع الوحيد من الربائط المرتبطة بها.

قد يحتوي غلاف الليجاند CdSe على نوعين من الليجاندات: الليجاندات من النوع X التي تُكوّن روابط تساهمية مع المعدن، والليجاندات من النوع L التي تُكوّن روابط تناسقية . وقد ثبت أن هذه الليجاندات قابلة للتبادل مع ليجاندات أخرى. من أمثلة الليجاندات من النوع X التي دُرست في سياق كيمياء سطح بلورات CdSe النانوية: الكبريتيدات والثيوسيانات. ومن أمثلة الليجاندات من النوع L التي دُرست: الأمينات والفوسفينات (مرجع). وقد أُبلغ عن تفاعل تبادل ليجاندات استُبدلت فيه ليجاندات ثلاثي بوتيل فوسفين بليجاندات ألكيل أمين أولية على نقاط CdSe ذات نهايات كلوريد. ^{[ 23 ]} رُصدت تغيرات القياس الكمي باستخدام الرنين المغناطيسي النووي للبروتون والفوسفور. كما لوحظ تغير خصائص التألق الضوئي بتغير جزء الليجاند. وقد أظهرت النقاط المرتبطة بالأمين مردودًا كميًا للتألق الضوئي أعلى بكثير من النقاط المرتبطة بالفوسفين.

مادة سيلينيد الكادميوم (CdSe) شفافة للأشعة تحت الحمراء، وقد اقتصر استخدامها على نطاق محدود في المقاومات الضوئية وفي نوافذ الأجهزة التي تستخدم الأشعة تحت الحمراء. كما تتميز هذه المادة بخاصية التلألؤ العالية. ^{[ 24 ]} يُعد سيلينيد الكادميوم أحد مكونات صبغة برتقالي الكادميوم . ويمكن استخدامه أيضًا كطبقة شبه موصلة من النوع السالب (n) في الخلايا الكهروضوئية . ^{[ 25 ]}

يوجد سيلينيد الكادميوم (CdSe) في الطبيعة على شكل معدن نادر جداً يُسمى الكادموسيليت . ^{[ 26 ] [ 27 ]}

الكادميوم معدن ثقيل سام، ويجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة عند التعامل معه ومع مركباته. السيلينيدات سامة بكميات كبيرة. سيلينيد الكادميوم مادة مسرطنة معروفة للإنسان، ويجب طلب العناية الطبية في حال ابتلاعه أو استنشاق غباره أو ملامسته للجلد أو العينين. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

• الوسائط المتعلقة بكالسيوم السيلينيد على ويكيميديا ​​كومنز
• الجرد الوطني للملوثات – الكادميوم ومركباته
• هياكل تقنية النانو - الحصر الكمي ( مؤرشف بتاريخ 12 أكتوبر 2007 على موقع Wayback Machine)
• ترانزستورات الأغشية الرقيقة (TFTs). ديبايتس، ج.؛ وآخرون (1990). "ترانزستورات أغشية رقيقة من سيلينيد الكادميوم متعدد البلورات عالية الجهد". مجلة IEEE للمعاملات الإلكترونية . 37 (3): 636-639 . Bibcode : 1990ITED...37..636D . doi : 10.1109/16.47767 . 
• تي أوتسوكا؛ جيه كاواماتا؛ زد زو؛ تي ياو (1994). "CdSe من النوع p مُنمّى بتقنية الترسيب الجزيئي الشعاعي باستخدام مصدر بلازما النيتروجين". رسائل الفيزياء التطبيقية . 65 (4): 466. Bibcode : 1994ApPhL..65..466O . doi : 10.1063/1.112338 .
• ما، سي؛ دينغ، واي؛ مور، دي؛ وانغ، إكس؛ وانغ، زد إل (يناير 2004). "مناشير نانوية من سيلينيد الكادميوم أحادي البلورة". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 126 (3): 708-709 . Bibcode : 2004JAChS.126..708M . doi : 10.1021/ja0395644 . ISSN 0002-7863 . PMID 14733532 .  
• كاليفانو، ماركو؛ زونغر، أليكس؛ فرانشيسكيتي، ألبرتو (2004). "تضاعف حاملات الشحنة المباشر الناتج عن تشتت أوجيه العكسي في النقاط الكمومية من سيلينيد الكادميوم". رسائل الفيزياء التطبيقية . 84 (13): 2409. رمز Bibcode : 2004ApPhL..84.2409C . doi : 10.1063/1.1690104 .
• شالر، ريتشارد د.؛ بيتروسكا، ميليسا أ.؛ كليموف، فيكتور إ. (2005). "تأثير البنية الإلكترونية على كفاءة مضاعفة حاملات الشحنة: دراسة مقارنة لبلورات نانوية من PbSe وCdSe" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 87 (25): 253102. Bibcode : 2005ApPhL..87y3102S . doi : 10.1063/1.2142092 .
• هندري، إي.؛ كويبرغ، إم.؛ وانغ، إف.؛ تشانغ، إتش.؛ دي ميلو دونيغا، سي.؛ فانمايكلبرغ، دي.؛ بون، إم. (2006). "الملاحظة المباشرة لانتقال الطاقة من الإلكترون إلى الفجوة في النقاط الكمومية من سيلينيد الكادميوم" (ملف PDF) . مجلة Physical Review Letters . 96 (5) 057408. Bibcode : 2006PhRvL..96e7408H . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.057408 . hdl : 1874/20119 . PMID 16486988 . *