Tradicionāli kadmija sulfīds tika izmantots kā krāsviela. To var redzēt uz tādu izcilu mākslinieku audekliem kā Van Gogs, Klods Monē, Matīss. Pēdējos gados interese par to ir saistīta ar kadmija sulfīda izmantošanu kā plēves pārklājumu saules baterijām un gaismjutīgās ierīcēs. Šim savienojumam raksturīgs labs omisks kontakts ar daudziem materiāliem. Tās pretestība nav atkarīga no strāvas stipruma un virziena. Pateicoties tam, materiāls ir daudzsološs izmantošanai optoelektronikā, lāzertehnoloģijā un gaismas diodēs.
Vispārīgs apraksts
Kadmija sulfīds ir neorganisks savienojums, kas dabā sastopams kā retu minerālu cinka un haulīta maisījums. Nozari tie neinteresē. Galvenais kadmija sulfīda avots ir mākslīgā sintēze.
Pēc izskata šis savienojums ir dzeltens pulveris. Toņi var atšķirties no citrona līdz oranžsarkanam. Pateicoties tā spilgtai krāsai un augstajai izturībai pret ārējām ietekmēm, kadmija sulfīds ir izmantots kā augstas kvalitātes līdzeklis.krāsviela. Viela ir bijusi plaši pieejama kopš 18. gadsimta.
Savienojuma ķīmiskā formula ir CdS. Tam ir 2 kristālu struktūras formas: sešstūrains (wurtzite) un kubisks (cinka maisījums). Augsta spiediena ietekmē veidojas arī trešā forma, piemēram, akmens sāls.
Kadmija sulfīda īpašības
Materiālam ar sešstūra režģa struktūru ir šādas fizikālās un mehāniskās īpašības:
- kušanas temperatūra - 1475 °С;
- blīvums - 4824 kg/m3;
- lineārais izplešanās koeficients – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mosa cietība - 3, 8;
- sublimācijas temperatūra - 980 °C.
Šis savienojums ir tiešs pusvadītājs. Apstarojot ar gaismu, palielinās tā vadītspēja, kas ļauj materiālu izmantot kā fotorezistoru. Leģējot ar varu un alumīniju, tiek novērota luminiscences ietekme. CdS kristālus var izmantot cietvielu lāzeros.
Kadmija sulfīda šķīdība ūdenī nav, atšķaidītās skābēs tā ir vāja, koncentrētā sālsskābē un sērskābē tā ir laba. Tas arī labi izšķīdina CD.
Vielai raksturīgas šādas ķīmiskās īpašības:
- izgulsnējas, pakļaujot sērūdeņraža vai sārmu metālu šķīdumam;
- reaģējot ar sālsskābi, veidojas CdCl2 un sērūdeņradis;
- karsējot atmosfērā ar skābekļa pārpalikumu, tas oksidējas līdz sulfātamvai oksīds (tas ir atkarīgs no temperatūras krāsnī).
Saņemt
Kadmija sulfīds tiek sintezēts vairākos veidos:
- mijiedarbojoties ar kadmija un sēra tvaikiem;
- sērorganisko un kadmiju saturošu savienojumu reakcijā;
- nogulsnes no šķīduma H2S vai Na2S.
Filmas, kuru pamatā ir šī viela, tiek veidotas, izmantojot īpašas metodes:
- ar ķīmisku izgulsnēšanu, izmantojot tiokarbamīdu kā sulfīda anjonu avotu;
- pulverizācija, kam seko pirolīze;
- molekulārā stara epitaksijas metode, kurā kristālus audzē vakuumā;
- sol-gēla procesa rezultātā;
- ar izsmidzināšanas metodi;
- anodēšana un elektroforēze;
- ar sietspiedes metodi.
Lai izveidotu pigmentu, izgulsnēto cieto kadmija sulfīdu mazgā, kalcinē, lai iegūtu sešstūra kristāla režģi, un pēc tam samaļ pulverī.
Pieteikums
Krāsām, kuru pamatā ir šis savienojums, ir augsta termiskā un gaismas izturība. Selenīda, kadmija telurīda un dzīvsudraba sulfīda piedevas ļauj mainīt pulvera krāsu uz zaļi dzeltenu un sarkanvioletu. Pigmenti tiek izmantoti polimēru izstrādājumu ražošanā.
Ir citi kadmija sulfīda lietojumi:
- elementārdaļiņu, tostarp gamma, detektori (reģistratori)starojums;
- plānas plēves tranzistori;
- pjezoelektriskie devēji, kas spēj darboties GHz joslā;
- nanovadu un cauruļu ražošana, ko izmanto kā luminiscējošas etiķetes medicīnā un bioloģijā.
Kadmija sulfīda saules baterijas
Plānās plēves saules paneļi ir viens no jaunākajiem izgudrojumiem alternatīvās enerģijas jomā. Šīs nozares attīstība kļūst arvien aktuālāka, jo strauji izsīkst elektroenerģijas ražošanai izmantoto derīgo izrakteņu rezerves. Kadmija sulfīda saules bateriju priekšrocības ir šādas:
- zemākas materiālu izmaksas to ražošanā;
- efektivitātes paaugstināšana saules enerģijas pārveidošanai elektroenerģijā (no 8% tradicionālajiem akumulatoru veidiem līdz 15% CdS/CdTe);
- elektroenerģijas ražošanas iespēja bez tiešu staru un bateriju izmantošana miglainās vietās, vietās ar augstu gaisa piesārņojumu.
Plēves, ko izmanto saules bateriju izgatavošanai, ir tikai 15-30 mikronus biezas. Tiem ir granulēta struktūra, kuras elementu izmērs ir 1-5 mikroni. Zinātnieki uzskata, ka plānās plēves akumulatori nākotnē varētu kļūt par alternatīvu polikristāliskajām baterijām to nepretenciozo darbības apstākļu un ilgā kalpošanas laika dēļ.
