Tradycyjnie jako barwnik stosowano siarczek kadmu. Można go zobaczyć na płótnach tak wielkich artystów jak Van Gogh, Claude Monet, Matisse. W ostatnich latach zainteresowanie nim wiąże się z zastosowaniem siarczku kadmu jako powłoki filmowej do ogniw słonecznych i urządzeń światłoczułych. Związek ten charakteryzuje się dobrym kontaktem omowym z wieloma materiałami. Jego rezystancja nie zależy od wielkości i kierunku prądu. Dzięki temu materiał jest obiecujący do zastosowania w optoelektronice, technologii laserowej i diodach LED.
Opis ogólny
Siarczek kadmu jest związkiem nieorganicznym, który występuje naturalnie jako rzadkie minerały, mieszanka cynku i howliitu. Nie interesują ich branża. Głównym źródłem siarczku kadmu jest sztuczna synteza.
Z wyglądu ten związek jest żółtym proszkiem. Odcienie mogą się różnić od cytryny do pomarańczowo-czerwonego. Ze względu na jasny kolor i wysoką odporność na wpływy zewnętrzne siarczek kadmu został użyty jako wysokiej jakościbarwnik. Substancja jest szeroko dostępna od XVIII wieku.
Wzór chemiczny związku to CdS. Posiada 2 strukturalne formy kryształów: heksagonalną (wurcyt) i sześcienną (blendę cynkową). Pod wpływem wysokiego ciśnienia powstaje również trzecia forma, jak sól kamienna.
Właściwości siarczku kadmu
Materiał o heksagonalnej strukturze sieci posiada następujące właściwości fizyczne i mechaniczne:
- temperatura topnienia - 1475 °С;
- gęstość - 4824 kg/m3;
- współczynnik rozszerzalności liniowej – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Twardość Mohsa - 3, 8;
- temperatura sublimacji - 980 °C.
Ten związek jest bezpośrednim półprzewodnikiem. Pod wpływem światła zwiększa się jego przewodność, co umożliwia wykorzystanie materiału jako fotorezystora. Po zmieszaniu z miedzią i aluminium obserwuje się efekt luminescencji. Kryształy CdS mogą być stosowane w laserach na ciele stałym.
Rozpuszczalność siarczku kadmu w wodzie jest nieobecna, w rozcieńczonych kwasach jest słaba, w stężonym kwasie solnym i siarkowym jest dobra. Dobrze rozpuszcza również CD.
Następujące właściwości chemiczne są charakterystyczne dla substancji:
- wytrąca się pod wpływem roztworu siarkowodoru lub metali alkalicznych;
- reagując z kwasem solnym wytwarza CdCl2 i siarkowodór;
- po podgrzaniu w atmosferze z nadmiarem tlenu utlenia się do siarczanulub tlenek (zależy to od temperatury w piecu).
Odbierz
Siarczek kadmu jest syntetyzowany na kilka sposobów:
- podczas interakcji z oparami kadmu i siarki;
- w reakcji związków siarkoorganicznych i zawierających kadm;
- opad z roztworu pod wpływem H2S lub Na2S.
Filmy na bazie tej substancji powstają specjalnymi metodami:
- przez strącanie chemiczne przy użyciu tiomocznika jako źródła anionów siarczkowych;
- proszkowanie, a następnie piroliza;
- metoda epitaksji z wiązek molekularnych, w której kryształy są hodowane w próżni;
- w wyniku procesu zol-żel;
- metodą rozpylania;
- anodowanie i elektroforeza;
- metodą sitodruku.
Aby wytworzyć pigment, wytrącony stały siarczek kadmu jest przemywany, kalcynowany w celu uzyskania sześciokątnej sieci krystalicznej, a następnie mielony na proszek.
Aplikacja
Barwniki na bazie tego związku mają wysoką odporność termiczną i na światło. Dodatki selenku, tellurku kadmu i siarczku rtęci umożliwiają zmianę koloru proszku na zielono-żółty i czerwono-fioletowy. Pigmenty wykorzystywane są w produkcji wyrobów polimerowych.
Istnieją inne zastosowania siarczku kadmu:
- detektory (rejestratory) cząstek elementarnych, w tym gammapromieniowanie;
- tranzystory cienkowarstwowe;
- przetworniki piezoelektryczne zdolne do pracy w paśmie GHz;
- produkcja nanoprzewodów i rurek stosowanych jako luminescencyjne etykiety w medycynie i biologii.
Ogniwa słoneczne z siarczku kadmu
Cienkowarstwowe panele słoneczne to jeden z najnowszych wynalazków w dziedzinie alternatywnych źródeł energii. Rozwój tej branży staje się coraz pilniejszy, gdyż zasoby minerałów wykorzystywanych do wytwarzania energii elektrycznej szybko się wyczerpują. Zalety ogniw słonecznych z siarczku kadmu są następujące:
- niższe koszty materiałów w ich produkcji;
- zwiększenie efektywności przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną (od 8% dla tradycyjnych typów baterii do 15% dla CdS/CdTe);
- możliwość wytwarzania energii przy braku bezpośredniego działania promieni i korzystania z baterii w zamglonych obszarach, w miejscach o dużym zanieczyszczeniu powietrza.
Folie używane do produkcji ogniw słonecznych mają tylko 15-30 mikronów grubości. Mają strukturę ziarnistą, której wielkość elementów wynosi 1-5 mikronów. Naukowcy uważają, że baterie cienkowarstwowe mogą w przyszłości stać się alternatywą dla baterii polikrystalicznych ze względu na ich bezpretensjonalne warunki pracy i długą żywotność.
