Sulfid kadmia: vlastnosti, příprava a aplikace

Sulfid kadmia se tradičně používá jako barvivo. Je vidět na plátnech velkých umělců jako Van Gogh, Claude Monet, Matisse. V posledních letech je zájem o něj spojen s aplikací sulfidu kadmia jako filmového povlaku solárních panelů a ve fotosenzitivních zařízeních. Tato sloučenina se vyznačuje dobrým ohmickým kontaktem s mnoha materiály. Jeho odpor nezávisí na velikosti a směru proudu. Díky tomu je materiál slibný pro aplikace v optoelektronice, laserové technologii, LED.

Obecný popis

Sulfid kadmia je anorganická sloučenina, která se přirozeně vyskytuje ve formě vzácných minerálů zinkového zákalu a houliitu. Nejsou zajímavé pro průmysl. Hlavním zdrojem sulfidu kadmia je umělá syntéza.

Ve vzhledu je tato sloučenina žlutým práškem. Odstíny se mohou lišit od citronové po oranžově červenou. Díky svému jasnému zbarvení a vysoké odolnosti vůči vnějším vlivům byl jako vysoce kvalitní barvivo použit sulfid kadmia. Látka byla široce dostupná od 18. století.

Chemický vzorec sloučeniny je CdS. Má 2 strukturální formy krystalů: hexagonální (wurtzit) a kubický (Zinkový trik). Pod vlivem vysokého tlaku se také vytvoří třetí forma, jako je kamenná sůl.

Sulfid kadmia: vlastnosti

Materiál s hexagonální mřížkovou strukturou má následující fyzikálně-mechanické vlastnosti:

• teplota tání – 1475 °C;
• hustota-4824 kg / m³;
• koeficient lineární roztažnosti-(4,1-6,5) µC^-1;
• Mohsova tvrdost – 3,8;
• teplota sublimace - 980 °C.

Tato sloučenina je přímý polovodič. Při ozáření světlem se zvyšuje jeho vodivost, což umožňuje použití materiálu jako fotorezistoru. Při dopingu mědí a hliníkem je pozorován luminiscenční efekt. Krystaly CDs lze použít v polovodičových laserech.

Rozpustnost sulfidu kadmia ve vodě – chybí, ve zředěných kyselinách-slabá, v koncentrované kyselině chlorovodíkové a sírové-dobrá. Cd se také dobře rozpouští.

Látka se vyznačuje následujícími chemickými vlastnostmi:

• vysráží se, když je vystaven roztoku sirovodíku nebo alkalických kovů;
• při reakci s kyselinou chlorovodíkovou se tvoří CdCl₂ a sirovodík;
• při zahřívání v atmosféře s nadměrným obsahem kyslíku se oxiduje na síran nebo oxid uhelnatý (záleží na teplotě v vypalovací peci).

Získání

Syntetizuje se sulfid kadmia několika způsoby:

• při interakci výparů kadmia a síry;
• v reakci sloučenin obsahujících síru a kadmium;
• srážením z roztoku pod vlivem H₂S nebo Na₂S.

Filmy na bázi této látky se vyrábějí pomocí speciálních metod:

Pro výrobu pigmentu se vysrážený pevný sulfid kadmia promyje, kalcinuje za vzniku hexagonální formy krystalové mřížky a poté se rozdrtí do práškového stavu.

Uplatnění

Barviva založená na této sloučenině mají vysokou tepelnou a světelnou odolnost. Doplňky selenidu, teluridu kadmia a sulfidu rtuti umožňují změna barvy prášek na zeleno-žluté a červeno-fialové. Pigmenty se používají při výrobě polymerních výrobků.

Existují i jiné oblasti použití sulfidu kadmia:

• detektory (záznamníky) elementárních částic, včetně gama záření;
• tenkovrstvé tranzistory;
• piezoelektrické převodníky schopné pracovat v pásmu GHz;
• výroba nanočástic a trubek, které se používají jako luminiscenční značky v medicíně a biologii.

Solární panely na sulfidu kadmia

Tenkovrstvé solární panely jsou jedním z nejnovějších vynálezů v alternativní energie. Vývoj tohoto průmyslová odvětví stává se stále důležitější, protože zásoby nerostných surovin sloužících k výrobě elektřiny se rychle vyčerpávají. Výhody solárních panelů na bázi sulfidu kadmia jsou následující:

• nižší náklady na materiál při jejich výrobě;
• zvýšení účinnosti přeměny sluneční energie na elektrickou energii (z 8% u tradičních typů baterií na 15% u CDs / CdTe);
• možnost výroby energie při absenci přímé paprsky a použití baterií v mlhavých oblastech, v místech se zvýšeným prachem vzduchu.

Použité filmy pro výrobu solárních článků, mají tloušťku pouze 15-30 µm. Mají zrnitou strukturu, jejíž velikost prvků je 1-5 µm. Vědci věří, že tenkovrstvé baterie budou v budoucnu schopny být alternativou k polykrystalickým díky nenáročným provozním podmínkám a dlouhodobému životnost.