Tradicionalno, kadmijum sulfid se koristio kao boja. Može se vidjeti na platnima velikih umjetnika kao što su Van Gogh, Claude Monet, Matisse. Posljednjih godina interesovanje za njega povezano je s upotrebom kadmij sulfida kao filmskog premaza za solarne ćelije i fotoosjetljive uređaje. Ovo jedinjenje karakteriše dobar omski kontakt sa mnogim materijalima. Njegov otpor ne ovisi o veličini i smjeru struje. Zbog toga je materijal obećavajući za upotrebu u optoelektronici, laserskoj tehnologiji i LED diodama.
Opšti opis
Kadmijum sulfid je neorgansko jedinjenje koje se prirodno javlja kao retki minerali cink blende i howliit. Oni nisu od interesa za industriju. Glavni izvor kadmijum sulfida je veštačka sinteza.
Po izgledu, ovo jedinjenje je žuti prah. Nijanse mogu varirati od limuna do narandžasto-crvene. Zbog svoje svijetle boje i visoke otpornosti na vanjske utjecaje, kadmijum sulfid se koristi kao visokokvalitetanboja. Supstanca je široko dostupna od 18. stoljeća.
Hemijska formula jedinjenja je CdS. Ima 2 strukturna oblika kristala: heksagonalni (wurtzit) i kubični (cink blende). Pod uticajem visokog pritiska nastaje i treći oblik, poput kamene soli.
Svojstva kadmijum sulfida
Materijal sa heksagonalnom rešetkastom strukturom ima sljedeća fizička i mehanička svojstva:
- tačka topljenja - 1475 °S;
- gustina - 4824 kg/m3;
- koeficijent linearne ekspanzije – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mohsova tvrdoća - 3, 8;
- temperatura sublimacije - 980 °C.
Ovo jedinjenje je direktni poluprovodnik. Kada se ozrači svjetlošću, njegova vodljivost se povećava, što omogućava korištenje materijala kao fotootpornika. Kada se legira sa bakrom i aluminijumom, primećuje se efekat luminescencije. CdS kristali se mogu koristiti u čvrstim laserima.
Otvorljivost kadmijum sulfida u vodi je odsutna, u razblaženim kiselinama je slaba, u koncentrisanoj hlorovodoničnoj i sumpornoj kiselini je dobra. Takođe dobro otapa Cd.
Sljedeća hemijska svojstva su karakteristična za supstancu:
- taloži kada je izložen rastvoru sumporovodika ili alkalnih metala;
- reakcija sa hlorovodoničnom kiselinom proizvodi CdCl2 i sumporovodik;
- kada se zagrije u atmosferi s viškom kisika, oksidira u sulfatili oksid (ovo zavisi od temperature u peći).
Primi
Kadmijum sulfid se sintetiše na nekoliko načina:
- pri interakciji sa parama kadmijuma i sumpora;
- u reakciji organskog sumpora i jedinjenja koja sadrže kadmijum;
- precipitacija iz rastvora pod uticajem H2S ili Na2S.
Filmovi bazirani na ovoj supstanci napravljeni su posebnim metodama:
- hemijskim precipitacijom upotrebom tiokarbamida kao izvora sulfidnih anjona;
- pulverizacija praćena pirolizom;
- metoda epitaksije molekularnim snopom, u kojoj se kristali uzgajaju u vakuumu;
- kao rezultat sol-gel procesa;
- metodom prskanja;
- eloksiranje i elektroforeza;
- metodom sitoštampe.
Da bi se napravio pigment, istaloženi čvrsti kadmijum sulfid se ispere, kalcinira da se dobije heksagonalna kristalna rešetka, a zatim melje u prah.
Prijava
Boje na bazi ovog jedinjenja imaju visoku toplotnu i svetlosnu otpornost. Aditivi selenida, kadmijum telurida i živinog sulfida omogućavaju promenu boje praha u zeleno-žutu i crveno-ljubičastu. Pigmenti se koriste u proizvodnji polimernih proizvoda.
Postoje i druge upotrebe kadmijum sulfida:
- detektori (rekorderi) elementarnih čestica, uključujući gamaradijacija;
- tankofilmski tranzistori;
- piezoelektrični pretvarači sposobni za rad u GHz opsegu;
- proizvodnja nanožica i cijevi koje se koriste kao luminiscentne oznake u medicini i biologiji.
Solarne ćelije kadmijum sulfida
Solarni paneli tankog filma jedan su od najnovijih izuma u alternativnoj energiji. Razvoj ove industrije postaje sve hitniji, jer se zalihe minerala koji se koriste za proizvodnju električne energije brzo iscrpljuju. Prednosti solarnih ćelija kadmijum sulfida su sledeće:
- manji materijalni troškovi u njihovoj proizvodnji;
- povećanje efikasnosti pretvaranja solarne energije u električnu energiju (sa 8% za tradicionalne tipove baterija do 15% za CdS/CdTe);
- mogućnost proizvodnje električne energije u nedostatku direktnih zraka i korištenje baterija u maglovitim područjima, na mjestima sa visokom zagađenošću zraka.
Filmovi koji se koriste za izradu solarnih ćelija su debljine samo 15-30 mikrona. Imaju granularnu strukturu, čija je veličina elemenata 1-5 mikrona. Naučnici vjeruju da bi tankoslojne baterije mogle postati alternativa polikristalnim baterijama u budućnosti zbog svojih nepretencioznih radnih uvjeta i dugog vijeka trajanja.
