Tradicionalno, kadmij sulfid se koristio kao boja. Može se vidjeti na platnima velikih umjetnika kao što su Van Gogh, Claude Monet, Matisse. Posljednjih godina interes za nju povezan je s upotrebom kadmij sulfida kao filmskog premaza za solarne ćelije i fotoosjetljive uređaje. Ovaj spoj karakterizira dobar omski kontakt s 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.
Opći opis
Kadmij sulfid je anorganski spoj koji se prirodno javlja kao rijetki minerali cink blende i howliit. Oni nisu od interesa za industriju. Glavni izvor kadmij sulfida je umjetna sinteza.
Po izgledu, ovaj spoj je žuti prah. Nijanse mogu varirati od limuna do narančasto-crvene. Zbog svoje svijetle boje i visoke otpornosti na vanjske utjecaje, kadmij sulfid se koristi kao visokokvalitetanboja. Supstanca je široko dostupna od 18. stoljeća.
Kemijska formula spoja je CdS. Ima 2 strukturna oblika kristala: heksagonalni (wurtzit) i kubični (cink blende). Pod utjecajem visokog tlaka nastaje i treći oblik, poput kamene soli.
Svojstva kadmij sulfida
Materijal sa heksagonalnom rešetkastom strukturom ima sljedeća fizička i mehanička svojstva:
- točka taljenja - 1475 °S;
- gustoća - 4824 kg/m3;
- koeficijent linearne ekspanzije – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mohsova tvrdoća - 3, 8;
- temperatura sublimacije - 980 °C.
Ovaj spoj je izravni poluvodič. Kada se ozrači svjetlom, njegova se vodljivost povećava, što omogućuje korištenje materijala kao fotootpornika. Kada se legira s bakrom i aluminijem, opaža se učinak luminescencije. CdS kristali se mogu koristiti u laserima u čvrstom stanju.
Topljivost kadmij sulfida u vodi je odsutna, u razrijeđenim kiselinama je slaba, u koncentriranoj klorovodičnoj i sumpornoj kiselini dobra. Također dobro otapa Cd.
Sljedeća kemijska svojstva karakteristična su za tvar:
- taloži kada se izloži otopini sumporovodika ili alkalnih metala;
- reakcija sa klorovodičnom kiselinom proizvodi CdCl2 i sumporovodik;
- kada se zagrije u atmosferi s viškom kisika, oksidira u sulfatili oksid (ovo ovisi o temperaturi u peći).
Primi
Kadmij sulfid se sintetizira na nekoliko načina:
- pri interakciji s parama kadmija i sumpora;
- u reakciji organskog sumpora i spojeva koji sadrže kadmij;
- precipitacija iz otopine pod utjecajem H2S ili Na2S.
Filmovi bazirani na ovoj tvari napravljeni su posebnim metodama:
- kemijskim taloženjem korištenjem tiokarbamida kao izvora sulfidnih aniona;
- pulverizacija nakon čega slijedi piroliza;
- metoda epitaksije molekularnim snopom, u kojoj se kristali uzgajaju u vakuumu;
- kao rezultat sol-gel procesa;
- metodom raspršivanja;
- anodizacija i elektroforeza;
- metodom sitotiska.
Da bi se napravio pigment, istaloženi čvrsti kadmijev sulfid se ispere, kalcinira da se dobije heksagonalna kristalna rešetka, a zatim melje u prah.
Prijava
Boje na bazi ovog spoja imaju visoku toplinsku i svjetlosnu otpornost. Aditivi selenida, kadmij telurida i živinog sulfida omogućuju promjenu boje praha u zeleno-žutu i crveno-ljubičastu. Pigmenti se koriste u proizvodnji polimernih proizvoda.
Postoje i druge namjene kadmij sulfida:
- detektori (rekorderi) elementarnih čestica, uključujući gamazračenje;
- tankofilmski tranzistori;
- piezoelektrični pretvarači koji mogu raditi u GHz pojasu;
- proizvodnja nanožica i cijevi koje se koriste kao luminiscentne oznake u medicini i biologiji.
Solarne ćelije kadmij 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 kadmij sulfida su sljedeće:
- niži materijalni troškovi u njihovoj proizvodnji;
- povećanje učinkovitosti pretvaranja sunčeve energije u električnu energiju (od 8% za tradicionalne vrste baterija do 15% za CdS/CdTe);
- mogućnost proizvodnje električne energije u nedostatku izravnih zraka i korištenja baterija u maglovitim područjima, na mjestima s visokim zagađenjem zraka.
Filmovi koji se koriste za izradu solarnih ćelija debljine su samo 15-30 mikrona. Imaju granularnu strukturu, čija je veličina elemenata 1-5 mikrona. Znanstvenici vjeruju da bi tankoslojne baterije mogle postati alternativa polikristalnim baterijama u budućnosti zbog svojih nepretencioznih radnih uvjeta i dugog vijeka trajanja.
