Tradicionalno je bil kadmijev sulfid uporabljen kot barvilo. To je mogoče videti na platnih tako velikih umetnikov, kot so Van Gogh, Claude Monet, Matisse. V zadnjih letih je zanimanje zanj povezano z uporabo kadmijevega sulfida kot filmske prevleke za sončne celice in v fotoobčutljivih napravah. Za to spojino je značilen dober omski stik s številnimi materiali. Njegov upor ni odvisen od velikosti in smeri toka. Zaradi tega je material obetaven za uporabo v optoelektroniki, laserski tehnologiji in LED.
Splošni opis
Kadmijev sulfid je anorganska spojina, ki se naravno pojavlja kot redka minerala cinkova mešanica in howliit. Za industrijo niso zanimivi. Glavni vir kadmijevega sulfida je umetna sinteza.
Na videz je ta spojina rumen prah. Odtenki se lahko razlikujejo od limone do oranžno rdeče. Zaradi svoje svetle barve in visoke odpornosti na zunanje vplive se kadmijev sulfid uporablja kot visokokakovostenbarvilo. Snov je široko dostopna že od 18. stoletja.
Kemična formula spojine je CdS. Ima 2 strukturni obliki kristalov: heksagonalno (wurtzit) in kubično (cinkova mešanica). Pod vplivom visokega tlaka nastane tudi tretja oblika, kot je kamena sol.
Lastnosti kadmijevega sulfida
Material s heksagonalno strukturo rešetke ima naslednje fizikalne in mehanske lastnosti:
- tališče - 1475 °С;
- gostota - 4824 kg/m3;
- linearni ekspanzijski koeficient – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mohsova trdota - 3, 8;
- temperatura sublimacije - 980 °C.
Ta spojina je neposredni polprevodnik. Pri obsevanju s svetlobo se njegova prevodnost poveča, kar omogoča uporabo materiala kot fotoupora. Pri legiranju z bakrom in aluminijem opazimo učinek luminiscence. Kristali CdS se lahko uporabljajo v polprevodniških laserjih.
Topnost kadmijevega sulfida v vodi je odsotna, v razredčenih kislinah je šibka, v koncentrirani klorovodikovi in žveplovi kislini je dobra. Dobro raztopi tudi Cd.
Za snov so značilne naslednje kemične lastnosti:
- obori, ko je izpostavljen raztopini vodikovega sulfida ali alkalijskih kovin;
- reakcija s klorovodikovo kislino proizvaja CdCl2 in vodikov sulfid;
- pri segrevanju v atmosferi s presežkom kisika oksidira v sulfatali oksid (to je odvisno od temperature v peči).
Prejmi
Kadijev sulfid se sintetizira na več načinov:
- pri interakciji s hlapi kadmija in žvepla;
- pri reakciji organsko žveplovih in kadmij vsebujočih spojin;
- precipitacija iz raztopine pod vplivom H2S ali Na2S.
Filmi na osnovi te snovi so narejeni s posebnimi metodami:
- s kemično precipitacijo z uporabo tiokarbamida kot vira sulfidnih anionov;
- prah, ki ji sledi piroliza;
- metoda epitaksije molekularnega žarka, pri kateri se kristali gojijo v vakuumu;
- kot rezultat sol-gel procesa;
- z metodo brizganja;
- eloksiranje in elektroforeza;
- po metodi sitotisk.
Za izdelavo pigmenta oborjeni trdni kadmijev sulfid speremo, žgamo, da dobimo šesterokotno kristalno mrežo, in nato zmeljemo v prah.
Prijava
Barvila na osnovi te spojine imajo visoko toplotno in svetlobno odpornost. Dodatki selenida, kadmijevega telurida in živosrebrovega sulfida omogočajo spreminjanje barve prahu v zeleno-rumeno in rdeče-vijolično. Pigmenti se uporabljajo pri proizvodnji polimernih izdelkov.
Obstajajo tudi druge uporabe kadmijevega sulfida:
- detektorji (rekorderji) elementarnih delcev, vključno z gamasevanje;
- tankoplastni tranzistorji;
- piezoelektrični pretvorniki, ki lahko delujejo v pasu GHz;
- proizvodnja nanožic in cevi, ki se uporabljajo kot luminiscenčne oznake v medicini in biologiji.
sončne celice kadmijevega sulfida
Tinkoplastne sončne celice so eden najnovejših izumov na področju alternativne energije. Razvoj te industrije postaja vse bolj nujen, saj se zaloge mineralov, ki se uporabljajo za proizvodnjo električne energije, hitro izčrpajo. Prednosti sončnih celic kadmijevega sulfida so naslednje:
- nižji materialni stroški pri njihovi izdelavi;
- povečanje učinkovitosti pretvorbe sončne energije v električno energijo (z 8% za tradicionalne vrste baterij na 15% za CdS/CdTe);
- možnost proizvodnje električne energije v odsotnosti neposrednih žarkov in uporabe baterij v meglenih območjih, na mestih z visoko onesnaženostjo zraka.
Filmi, ki se uporabljajo za izdelavo sončnih celic, so debeli le 15-30 mikronov. Imajo zrnato strukturo, katere velikost elementov je 1-5 mikronov. Znanstveniki verjamejo, da bi lahko tankoplastne baterije v prihodnosti postale alternativa polikristalnim baterijam zaradi nezahtevnih pogojev delovanja in dolge življenjske dobe.
