锑化物

化学专业术语

锑化物是指由一种或几种金属与锑(Sb)的化合物所组成的一类少见的矿物，金属的配位都是八面体或四面体。八面体配位的晶体结构与硫化物类矿物中的方铅矿的结构相同，四面体配位的晶体结构则相当于硫化物类中的另一矿物辉银矿的结构。锑化物半导体材料在红外制导、海洋监测、深空探索等领域具有重要应用前景。

锑化物矿藏

常见的两种锑化物是锑银矿(Ag3Sb)和锑钯矿(Pd5Sb2)。锑银矿显示出明显的斜方对称性，是一种重要的银矿，出现在与侵入岩伴生的热液成因矿床中，在加拿大安大略省的科博尔特(Cobalt)和澳大利亚新南威尔士州的布罗肯希尔(Broken Hill)都有相当数量的发现。锑钯矿也表现出斜方对称性，是一种主要的钯矿物，出现在镍铁矿床里，与自然铂、磁黄铁矿和黄铜矿共生，已在南非的布什维尔德杂岩(Bushveld Complex)、哥伦比亚的乔科(Choco)和俄罗斯诺里尔斯克(Norilsk)发现。其他锑化物有方锑金矿(AuSb2)、红锑镍矿(NiSb)。所有锑化物都具有金属光泽，不透明，比重大，硬度中到低。

基本性质

锑化物材料主要是指以 Ga、Al 等 III 族元素与 Sb、As 等 V 族元素化合组成含锑的二元、三元、四元系材料，如 GaSb、InSb、AlGaSb、InAsSb、AlGaAsSb、InGaAsSb 等，它们的晶格常数一般都在 0.61nm 左右。在与 GaSb等常用衬底材料的晶格几乎匹配的条件下，其禁带宽度可在较宽的范围内调节，能够较好的实现晶格或应变匹配，非常有利于生长高质量材料，对应的波长可覆盖 0.78μm（近红外）到 12μm（远红外）的光谱区域，其中，2-5μm 中红外波段是空气中重要的大气窗口，2-5μm 中红外波段激光在空气中散射相对较低，包含许多重要分子特征谱线。其光电器件可广泛应用于环境监测、化学物品探测、生物医学、卫星遥感、激光雷达、目标指示等领域中。

锑化物材料能带结构具有一定的特殊性。在制备激光器和探测器时，可选择的材料体系将会更多，而且通过改变材料组分可以达到改善激光器性能的目的。因此，锑化物成为制备 2-5μm 中红外波段半导体激光器的首选材料。

锑化物的应用

光电探测器

锑化物如LiSb，NaSb，KSb，RbSb等可应用于光电探测领域，其中以CsSb阴极的灵敏度最高，是最有实用价值的光电转换材料，广泛应用于紫外和可见光区的光电探测器中。CsSb阴极的热电子发射和疲劳特性都优于银氧铯阴极。而且制造工艺简单。

热光伏电池

热光伏电池(TPV)与太阳电池类似是直接将热辐射(红外电磁波)转变成电能的装置。当前TPV的发展趋势是开发适用于1 500℃下中低温辐射源的高效率、低成本、0.6 eV以下窄禁带宽度的热光伏材料和组件。锑化物材料是举世公认的TPV首选材料，研究报道最多的是用LPE、MOCVD、MBE等各种方法在GaSb衬底上制备的InGaAsSb pn结电池。在InAs衬底上外延生长InAsSbP制备的TPV电池，其光谱响应的截止波长可达2.5～3.4μm，是很有发展潜力的研究方向。

激光器

19 世纪 70 年代以来，科学家们就意识到锑化物半导体激光器的应用前景及重要性。1978 年，L. M. Dolginov 等人制备了 InGaAsSb/GaSb 异质结半导体激光器，发光波长为 1.9μm 左右。1985 年，Bochkarev 成功制备了世界上第一台Ga Sb 基半导体激光器。同年，Caneau 等人研制了 InGaAsSb/AlGaAsSb 双异质结半导体激光器，激射波长在 2.2μm 左右。1990 年，S. J. Eglash 等人利用MBE 制作了 2.29μm GaSb 基无应变半导体激光器，发现锑化物材料生长和器件制作难度很大。直到 1992 年，Choi 等人提出 Ga Sb 基应变量子阱激光器结构，锑化物的禁带宽度比砷化镓的小，与砷化镓相比，它在中红外应用方面有其独特的优势。并且锑化物和砷化物组成的微结构材料能带排列包含了跨立式的Ⅰ型、错开式的Ⅱ型和反转型的Ⅱ型，这些导致的能带排列为凝聚态低维量子物理基础研究、创造新材料、新器件、新概念提供了广阔的天地，并研制出输出功率高达190mW 的 2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱半导体激光器，实现了器件大功率输出。1998 年，Newell 等人经过不断的探索，采用宽波导结构有效降低了 2μm GaSb 基半导体激光器的内部损耗，提高了量子效率。1999 年，D. Z. Garbuzov 等人制备了 GaSb 基 InGaAsSb/AlGaAsSb 多量子阱半导体激光器，实现了室温连续激射，激射波长在 2.3-2.7μm 之间。2002 年，C. Mermeistein 等人制备了宽接触激光器，发光波长在 2μm 左右，室温下最大输出功率可达 1.7W 。

工作于2～5μm中红外波段的锑化物激光器在特征分子光谱仪、毒品检测、环保、红外遥感、遥测、激光医学及光电子对抗中有重要的应用。

2019年，中国科学家研制出新型锑化物半导体量子阱激光器。

锑化物毒作用

锑化物对人体的毒作用主要再现为锑性皮炎、锑尘肺、肝脏及心肌损害，主要可分为急性中毒和慢性中毒两类.

1、急性中毒：主要由于吸入锑及其化合物的蒸气和粉尘而引起。接触者出现眼结膜和呼吸道刺激症状，发生支气管炎，较重者出现胸痛、呼吸困难。吸入三氯化锑遇水分解的气体，可引起肺水肿，主要由于产生的氯化氢所致，而同时吸收的锑离子，可致全身毒作用。熔炼锑时，吸入锑蒸气氧化成的氧化锑可引起铸造热。急性锑化氢中毒和胂化氢中毒相似，可发生溶血及体温降低，吸入高浓度可迅速致死。三氯化锑可引起皮肤灼伤，曾有经灼伤面吸收而引起中毒性肝炎。口服中毒有胃肠道症状，肝脏、肾脏和心脏都可受损。出现流涎、口内金属味、食欲减退、恶心、呕吐、腹痛、便血，肝脏可肿大、压痛。严重者有尿闭、血尿和心律紊乱等。

2、慢性中毒：影响长期接触锑化合物粉尘或烟尘的工人可出现头痛、兴奋、失眠、晕眩、肢体酸痛、贫血、消瘦等全身症状。由于长期慢性刺激发生鼻炎、鼻粘膜溃疡甚至穿孔，气管炎或肺炎，口腔炎症，消化功能障碍，偶见血便。长期吸入锑尘可致锑尘肺，但对劳动能力无严重影响；即使同时出现锑中毒症状，调离后，亦易缓解。长期接触高浓度Sb2S3，可出现心血管损害。治疗：锑及其化合物所致损害的预防原则与其他金属同。一般职业性锑中毒不严重，脱离接触并进行对症处理即可痊愈。由于注射而引起的锑中毒，用二巯基丁二酸钠排锑有效。

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