Традиционно като багрило се използва кадмиев сулфид. Може да се види на платната на такива велики художници като Ван Гог, Клод Моне, Матис. През последните години интересът към него се свързва с използването на кадмиев сулфид като филмово покритие за слънчеви клетки и в фоточувствителни устройства. Това съединение се характеризира с добър омичен контакт с много материали. Неговото съпротивление не зависи от големината и посоката на тока. Поради това материалът е обещаващ за използване в оптоелектрониката, лазерната технология и светодиодите.
Общо описание
Кадмиевият сулфид е неорганично съединение, което се среща естествено като редките минерали цинкова смес и хаулиит. Те не представляват интерес за индустрията. Основният източник на кадмиев сулфид е изкуственият синтез.
На външен вид това съединение е жълт прах. Нюансите могат да варират от лимон до оранжево-червен. Поради яркия си цвят и висока устойчивост на външни влияния, кадмиевият сулфид е използван като висококачественбагрило. Веществото е широко достъпно от 18-ти век.
Химичната формула на съединението е CdS. Има 2 структурни форми на кристали: шестоъгълна (вюрцит) и кубична (цинкова смес). Под въздействието на високо налягане се образува и трета форма, като каменна сол.
Свойства на кадмиевия сулфид
Материал с шестоъгълна решетъчна структура има следните физични и механични свойства:
- точка на топене - 1475 °С;
- плътност - 4824 kg/m3;
- коефициент на линейно разширение – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- твърдост по Моос - 3, 8;
- температура на сублимация - 980 °C.
Това съединение е директен полупроводник. При облъчване със светлина неговата проводимост се увеличава, което прави възможно използването на материала като фоторезистор. При легиране с мед и алуминий се наблюдава ефектът на луминесценция. CdS кристалите могат да се използват в твърдотелни лазери.
Разтворимостта на кадмиевия сулфид във вода отсъства, в разредени киселини е слаба, в концентрирана солна и сярна киселина е добра. Освен това разтваря добре Cd.
Следните химични свойства са характерни за веществото:
- утаява се, когато е изложен на разтвор на сероводород или алкални метали;
- при реакция със солна киселина се получава CdCl2 и сероводород;
- при нагряване в атмосфера с излишък от кислород, той се окислява до сулфатили оксид (това зависи от температурата в пещта).
Получаване
Кадмиевият сулфид се синтезира по няколко начина:
- при взаимодействие с пари на кадмий и сяра;
- в реакцията на органична сяра и кадмий-съдържащи съединения;
- утаяване от разтвор под въздействието на H2S или Na2S.
Филми, базирани на това вещество, се правят по специални методи:
- чрез химическо утаяване с използване на тиокарбамид като източник на сулфидни аниони;
- пулверизация, последвана от пиролиза;
- метод на молекулярно-лъчева епитаксия, при който кристалите се отглеждат под вакуум;
- в резултат на зол-гел процеса;
- чрез метод на разпрашване;
- анодиране и електрофореза;
- по метод на ситопечат.
За да се направи пигментът, утаеният твърд кадмиев сулфид се промива, калцинира до получаване на шестоъгълна кристална решетка и след това се смила на прах.
Заявление
Боите на базата на това съединение имат висока устойчивост на топлина и светлина. Добавките на селенид, кадмиев телурид и живачен сулфид позволяват промяната на цвета на праха до зелено-жълт и червено-виолетов. Пигментите се използват при производството на полимерни продукти.
Има и други употреби на кадмиевия сулфид:
- детектори (регистратори) на елементарни частици, включително гамарадиация;
- тънкослойни транзистори;
- пиезоелектрични преобразуватели, способни да работят в обхвата на GHz;
- производство на нанопроводници и тръби, които се използват като луминесцентни етикети в медицината и биологията.
Слънчеви клетки от кадмиев сулфид
Тънкослойните слънчеви панели са едно от най-новите изобретения в алтернативната енергия. Развитието на тази индустрия става все по-належащо, тъй като запасите от минерали, използвани за производство на електроенергия, бързо се изчерпват. Предимствата на слънчевите клетки от кадмиев сулфид са както следва:
- по-ниски материални разходи при производството им;
- увеличаване на ефективността на преобразуването на слънчевата енергия в електрическа енергия (от 8% за традиционните типове батерии до 15% за CdS/CdTe);
- възможност за генериране на електроенергия при липса на директни лъчи и използване на батерии в мъгливи райони, на места с високо замърсен въздух.
Филмите, използвани за направата на слънчеви клетки, са с дебелина само 15-30 микрона. Те имат зърнеста структура, чийто размер на елементите е 1-5 микрона. Учените смятат, че тънкослойните батерии могат да се превърнат в алтернатива на поликристалните батерии в бъдеще поради техните непретенциозни условия на работа и дълъг експлоатационен живот.
