窒化亜鉛

窒化亜鉛：性質、合成、反応、そして応用

窒化[亜鉛]は、亜鉛と窒素からなる無機化合物です。純粋な状態では立方晶系の結晶構造を有しており、1940年にJuzaらによって初めて合成されました。

合成法

窒化亜鉛の合成には、主に以下の2つの方法が知られています。

1. 亜鉛アミドの熱分解: 亜鉛アミド(亜鉛ジアミン、Zn(NH2)2)を嫌気的環境下、200℃に加熱することで熱分解が起こり、窒化亜鉛とアンモニアが生成されます。この反応は、以下の化学式で表されます。

3Zn(NH2)2 → Zn3N2 + 4NH3

2. 亜鉛とアンモニアの直接反応: 亜鉛とアンモニアを315℃で反応させることによっても窒化亜鉛を得ることができます。この場合、副生成物として水素が発生します。反応式は以下の通りです。

3Zn + 2NH3 → Zn3N2 + 3H2

性質

窒化亜鉛は、水と激しく反応して酸化亜鉛とアンモニアを生成する特徴があります。この反応は、以下の化学式で示されます。

Zn3N2 + 3H2O → 3ZnO + 2NH3

また、塩酸に可溶であり、リチウムとは電気化学的・可逆的に反応します。窒化リチウムや窒化マグネシウムと同様に、高い融点を持ちます。その光学的特性として、可視光線と近赤外線領域で高い光透過性を示すことが知られています。

応用

窒化亜鉛の薄膜は、その光透過性から光機能素子材料としての応用が期待されています。現在、様々な光学デバイスへの応用を目指した研究開発が進められています。具体的には、発光ダイオードや光センサー、光学フィルターなどへの応用が考えられています。

まとめ

窒化亜鉛は、特異な性質と潜在的な応用性を秘めた無機化合物です。水との反応性、光学特性、電気化学的特性など、様々な側面から研究が進められ、今後、光学材料分野を中心に、更なる発展が期待されます。その合成法や性質、反応性に関する研究は、材料科学、無機化学の分野において重要な位置を占めています。今後の研究により、窒化亜鉛を用いた新たなデバイスや技術開発が進む可能性があります。

参考文献

Futsuhara M., Yoshioka K., and Takai O. (1998-06-08). “Structural, electrical and optical properties of zinc nitride thin films prepared by reactive rf magnetron sputtering”. Thin Solid Films (Elsevier) 322 (1): 274–81. doi:10.1016/S0040-6090(97)00910-3.
Lyutaya, M.D., and S.A. Bakuta (February 1980). “Synthesis of the nitrides of Group II elements”. Powder Metallurgy and Metal Ceramics (Springer) 19 (2): 118–22. doi:10.1007/BF00792038.

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