Perinteisesti kadmiumsulfidia käytettiin väriaineena. Se voidaan nähdä sellaisten suurten taiteilijoiden kankailla kuin Van Gogh, Claude Monet, Matisse. Viime vuosina kiinnostus sitä kohtaan on liitetty kadmiumsulfidin käyttöön aurinkokennojen kalvopäällysteenä ja valoherkissä laitteissa. Tälle yhdisteelle on ominaista hyvä ohminen kosketus monien materiaalien kanssa. Sen vastus ei riipu virran suuruudesta ja suunnasta. Tästä johtuen materiaali on lupaava käytettäväksi optoelektroniikassa, lasertekniikassa ja LEDeissä.
Yleinen kuvaus
Kadmiumsulfidi on epäorgaaninen yhdiste, jota esiintyy luonnossa harvinaisten mineraalien sinkin ja hauliitin sekoitteena. Ne eivät kiinnosta alaa. Kadmiumsulfidin päälähde on keinotekoinen synteesi.
Tämä yhdiste on ulkonäöltään keltaista jauhetta. Sävyt voivat vaihdella sitruunasta oranssinpunaiseen. Kirkkaan värinsä ja ulkoisten vaikutusten kestävyyden vuoksi kadmiumsulfidia on käytetty korkealaatuisenaväriaine. Aine on ollut laaj alti saatavilla 1700-luvulta lähtien.
Yhdisteen kemiallinen kaava on CdS. Siinä on 2 kiteiden rakennemuotoa: kuusikulmainen (wurtsiitti) ja kuutiomainen (sinkkiseos). Korkean paineen vaikutuksesta muodostuu myös kolmas muoto, kuten vuorisuola.
Kadmiumsulfidiominaisuudet
Materiaalilla, jossa on kuusikulmainen hilarakenne, on seuraavat fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet:
- sulamispiste - 1475 °С;
- tiheys - 4824 kg/m3;
- lineaarinen laajennuskerroin – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mohsin kovuus - 3, 8;
- sublimaatiolämpötila - 980 °C.
Tämä yhdiste on suora puolijohde. Valolla säteilytettynä sen johtavuus kasvaa, mikä mahdollistaa materiaalin käytön valovastuksena. Kuparin ja alumiinin kanssa seostettuna havaitaan luminesenssin vaikutus. CdS-kiteitä voidaan käyttää solid-state lasereissa.
Kadmiumsulfidin liukoisuus veteen puuttuu, laimeissa hapoissa se on heikko, väkevässä suola- ja rikkihapossa se on hyvä. Se liuottaa myös cd:tä hyvin.
Seuraavat kemialliset ominaisuudet ovat tyypillisiä aineelle:
- saostuu joutuessaan alttiiksi vetysulfidi- tai alkalimetalliliuokselle;
- reagoi kloorivetyhapon kanssa tuottaa CdCl2 ja rikkivetyä;
- kuumennettaessa ilmakehässä, jossa on ylimääräistä happea, se hapettuu sulfaatiksitai oksidi (tämä riippuu uunin lämpötilasta).
Vastaanota
Kadmiumsulfidia syntetisoidaan useilla tavoilla:
- vuorovaikutuksessa kadmium- ja rikkihöyryjen kanssa;
- orgaanisen rikin ja kadmiumia sisältävien yhdisteiden reaktiossa;
- saostuminen liuoksesta H2S tai Na2S.
Tähän aineeseen perustuvat elokuvat tehdään erityismenetelmin:
- kemiallisella saostuksella käyttämällä tiokarbamidia sulfidianionien lähteenä;
- pulverointi ja sen jälkeen pyrolyysi;
- molekyylisuihkuepitaksia, jossa kiteitä kasvatetaan tyhjiössä;
- sooli-geeliprosessin seurauksena;
- sputterointimenetelmällä;
- anodisointi ja elektroforeesi;
- silkkipainatusmenetelmällä.
Pigmentin valmistamiseksi saostunut kiinteä kadmiumsulfidi pestään, kalsinoidaan kuusikulmaisen kidehilan saamiseksi ja jauhetaan sitten jauheeksi.
Hakemus
Tähän yhdisteeseen perustuvilla väriaineilla on korkea lämmön- ja valonkestävyys. Selenidin, kadmiumtelluridin ja elohopeasulfidin lisäaineet mahdollistavat jauheen värin muuttamisen vihreänkeltaiseksi ja punavioletiksi. Pigmenttejä käytetään polymeerituotteiden valmistuksessa.
Kadmiumsulfidille on muitakin käyttötarkoituksia:
- alkuainehiukkasten, mukaan lukien gamma, ilmaisimet (tallentimet)säteily;
- ohutkalvotransistorit;
- pietsosähköiset muuntimet, jotka pystyvät toimimaan GHz-kaistalla;
- nanolankojen ja putkien valmistus, joita käytetään luminoivina etiketeinä lääketieteessä ja biologiassa.
Kadmiumsulfidi-aurinkokennot
Ohutkalvoiset aurinkopaneelit ovat yksi viimeisimmistä vaihtoehtoisen energian keksinnöistä. Tämän teollisuuden kehittäminen on yhä kiireellisempi, sillä sähköntuotantoon käytettävien mineraalien varannot ehtyvät nopeasti. Kadmiumsulfidi aurinkokennojen edut ovat seuraavat:
- alemmat materiaalikustannukset niiden valmistuksessa;
- aurinkoenergian sähköenergiaksi muuntamisen tehokkuuden lisääminen (perinteisten akkutyyppien 8 prosentista CdS/CdTe:n 15 prosenttiin);
- sähköntuotantomahdollisuus ilman suoria säteitä ja akkujen käyttö sumuisilla alueilla, paikoissa, joissa ilmansaaste on korkea.
Aurinkokennojen valmistukseen käytetyt kalvot ovat vain 15-30 mikronia paksuja. Niillä on rakeinen rakenne, jonka elementtien koko on 1-5 mikronia. Tutkijat uskovat, että ohutkalvoparistoista voi tulla vaihtoehto monikiteisille paristoille tulevaisuudessa niiden vaatimattomien käyttöolosuhteiden ja pitkän käyttöiän vuoksi.
