Kadmijev sulfid: lastnosti, priprava in uporaba

Tradicionalno se kadmijev sulfid uporablja kot barvilo. To je mogoče videti na slikah velikih umetnikov, kot so Van Gogh, Claude Monet in Matisse. V zadnjih letih je bilo zanimanje za kadmijev sulfid kot prevleko za sončne celice in svetlobno občutljive naprave. Za to spojino je značilen dober ohmski stik z mnogimi materiali. Njegova upornost je neodvisna od velikosti in smeri toka. Zaradi tega je material obetaven za uporabo v optoelektroniki, laserski tehnologiji, LED diodah.

Splošni opis

Kadmijev sulfid je anorganska spojina, ki se v naravi pojavlja v obliki redkih mineralov cinkove lise in holia. Za industrijo niso zanimivi. Kadmijev sulfid se večinoma proizvaja umetno.

Po videzu je ta spojina rumen prah. Odtenki so lahko od limonine do oranžno-rdeče barve. Kadmijev sulfid se uporablja kot visokokakovostno barvilo zaradi svoje bleščeče barve in visoke obstojnosti. V široki uporabi je že od 18. stoletja.

Kemijska formula spojine je CdS. Ima dve kristalni strukturi: heksagonalno (wurtzit) in kubično (cinkova zmrzlina). Pod vplivom visokega tlaka nastane tretja oblika, podobna kameni soli.

Kadmijev sulfid: lastnosti

Material s heksagonalno mrežno strukturo ima naslednje fizikalne in mehanske lastnosti:

• tališče - 1475 °C;
• gostota - 4824 kg/m³;
• koeficient linearnega raztezanja (4,1-6,5) μK^-1;
• 3. Mohsova trdota: 3,8;
• Temperatura sublimacije - 980 °C.

Spojina je neposredni polprevodnik. Ko ga obsevamo s svetlobo, se njegova prevodnost poveča, zato ga lahko uporabljamo kot fotorezistor. Če je dopiran z bakrom in aluminijem, ima luminiscenčni učinek. Kristali CdS se lahko uporabljajo v polprevodniških laserjih.

Topnost kadmijevega sulfida v vodi ni; v razredčenih kislinah je šibek; v koncentriranih klorovodikovih in žveplovih kislinah je dober. Prav tako je dobro topen v Cd.

Za snov so značilne naslednje kemijske lastnosti:

• oborine, kadar je izpostavljen vodikovemu sulfidu ali raztopinam alkalnih kovin;
• CdCl nastane pri reakciji s klorovodikovo kislino₂ in vodikovega sulfida;
• pri segrevanju v ozračju s pomanjkanjem kisika oksidira v sulfat ali oksid (odvisno od temperature peči).

Pridobivanje

sinteza kadmijevega sulfida na več načinov:

• z interakcijo kadmijevih hlapov in žvepla;
• v reakciji organskih žveplovih spojin in spojin, ki vsebujejo kadmij;
• Obarjanje iz raztopine pod vplivom H₂S ali Na₂S.

Filmi na osnovi te snovi so izdelani s posebnimi tehnikami:

Za proizvodnjo pigmenta se oborjeni trdni kadmijev sulfid opere, kalcinira do oblike šestkotne kristalne mreže in nato zmelje v prah.

Aplikacije

Barvila na osnovi te spojine imajo visoko toplotno in svetlobno obstojnost. Dodatki kadmijevega selenida, kadmijevega telurida in živosrebrovega sulfida omogočajo spremenite barvo prahu do zeleno-rumene in rdeče-vijolične barve. pigmenti se uporabljajo v industriji plastike.

Kadmijev sulfid se uporablja tudi za druge namene

• Detektorji (zapisovalniki) elementarnih delcev, vključno z gama žarki;
• tankoplastnih tranzistorjev;
• piezoelektrični pretvorniki, ki lahko delujejo v območju GHz;
• izdelava nanovodic in cevk, ki se uporabljajo kot fluorescenčne oznake v medicini in biologiji.

Sončne celice iz kadmijevega sulfida

Tankoplastne sončne celice so eden najnovejših izumov na področju alternativna energija. razvoj tega industrije sončne celice iz kadmijevega sulfida postajajo vse bolj nujne, saj fosilnih goriv za proizvodnjo električne energije hitro zmanjkuje. Prednosti sončnih celic na osnovi kadmijevega sulfida so naslednje:

• nižji stroški materiala za njihovo izdelavo;
• povečanje učinkovitosti pretvorbe sončne energije v električno (z 8 % pri tradicionalnih vrstah baterij na 15 % pri baterijah CdS/CdTe)
• zmogljivost za proizvodnjo energije v odsotnosti neposrednih žarkov in uporabe baterij na meglenih območjih, v krajih z visoko stopnjo prahu v zraku.

uporabljene folije za proizvodnjo sončne celice so debele le 15-30 µm. Imajo zrnato strukturo z velikostjo elementov 1-5 µm. Znanstveniki menijo, da bi lahko tankoplastne baterije v prihodnosti postale alternativa polikristalnim baterijam zaradi nezahtevnih pogojev delovanja in dolge življenjska doba.