Кадмиев сулфид: свойства, производство и приложение

Съдържание

Общо описание
Кадмиев сулфид: свойства
Получаване на
Приложения
Слънчеви клетки с кадмиев сулфид

Традиционно кадмиевият сулфид се използва като багрило. Тя може да се види в картините на велики художници като Ван Гог, Клод Моне, Матис. През последните години интересът към кадмиевия сулфид се дължи на приложението му като филмово покритие за слънчеви клетки и във фоточувствителни устройства. Това съединение се характеризира с добър омичен контакт с много материали. Съпротивлението му не зависи от големината и посоката на тока. Това го прави обещаващ материал за приложение в оптоелектрониката, лазерната технология, светодиодите.

Общо описание

Кадмиевият сулфид е неорганично съединение, което се среща в природата под формата на редките минерали цинкова дупка и холий. Тя не представлява интерес за промишлеността. Основният източник на кадмиев сулфид е изкуственият синтез.

На външен вид това съединение представлява жълт прах. Нюансите му могат да варират от лимоненочервено до оранжевочервено. Кадмиевият сулфид се използва като висококачествен оцветител поради блестящото си оцветяване и високата си устойчивост на външни влияния. Той е широко разпространен от 18 век насам.

Химичната формула на съединението е CdS. Той има две структурни форми на кристалите: хексагонална (вурцит) и кубична (цинкова лисица). Под въздействието на високото налягане се образува и трета форма, подобна на тази на каменната сол.

Кадмиев сулфид: свойства

Материал с хексагонална решетъчна структура има следните физични и механични свойства:

Температурата му на топене е 1475 °C;
плътност - 4824 kg/m³;
коефициент на линейно разширение - (4.1-6.5) μK^-1;
твърдост от 3,8 по скалата на Моос;
температура на замръзване - 980°C.

Съединението е директен полупроводник. При облъчване със светлина проводимостта му се увеличава, което позволява използването на материала като фоторезистор. Когато се легира с мед и алуминий, може да се наблюдава ефектът на луминесценция. Кристалите CdS могат да се използват в твърдотелни лазери.

Разтворимост на кадмиев сулфид във вода - никаква; в разредени киселини - слаба; в концентрирани солна и сярна киселина - добра. Той също така разтваря Cd.

Веществото се характеризира със следните химични свойства:

Той се утаява при излагане на разтвори на сероводород или алкални метали;
CdCl се образува при реакция със солна киселина₂ и сероводород;
при нагряване в атмосфера с твърде много кислород се окислява до сулфат или оксид (това зависи от температурата в пещта).

Получаване на

кадмиев сулфид се синтезира чрез няколко метода:

чрез взаимодействие на кадмий и серни пари;
в реакцията на органосерни и кадмий-съдържащи съединения;
Утаяване от разтвор под въздействието на H₂S или Na₂S.

Филмите на базата на това вещество се изработват със специални техники:

химическо отлагане с използване на тиокарбамид като източник на сулфидни аниони;

чрез пулверизиране, последвано от пиролиза;

чрез молекулярно-лъчева епитаксия, при което Кристалите се отглеждат при вакуумни условия;

чрез сол-гел процес;

чрез йонно разпрашване;

чрез анодиране и електрофореза;

метод за ситопечат.

За производството на пигмента утаеният твърд кадмиев сулфид се промива, калцинира се до получаването на шестоъгълна кристална решетка и след това се смила до прахообразно състояние.

Приложения

Багрилата на базата на това съединение имат висока устойчивост на топлина и светлина. Добавките от кадмиев селенид, кадмиев телурид и живачен сулфид позволяват промяна на цвета Зелено-жълти и червено-лилави прахове. Пигментите се използват в производството на полимерни продукти.

Кадмиевият сулфид има и други приложения:

Детектори (записващи устройства) на елементарни частици, включително гама-лъчи;
тънкослойни транзистори;
пиезоелектрични преобразуватели, които могат да работят в диапазона GHz;
Производство на нановлакна и тръбички, които се използват като флуоресцентни маркери в медицината и биологията.

Слънчеви клетки с кадмиев сулфид

Тънкослойните слънчеви клетки са едно от най-новите изобретения в алтернативна енергия. Развитие на този индустрии става все по-неотложна, тъй като запасите от полезни изкопаеми, използвани за производство на електроенергия, бързо се изчерпват. Предимствата на слънчевите клетки на базата на кадмиев сулфид са

по-ниски разходи за материали за производството им;
Повишаване на ефективността на преобразуване на слънчевата енергия в електрическа (от 8 % при традиционните видове батерии до 15 % при CdS/CdTe);
капацитет за производство на енергия при липса на директна светлина и използване на батерии в мъгливи райони, на места с висока запрашеност на въздуха.

използвани филми за производство на слънчеви клетки, са с дебелина само 15-30 µm. Те имат зърнеста структура с размер на клетките 1-5 микрона. Учените смятат, че тънкослойните батерии биха могли да се превърнат в алтернатива на поликристалните батерии в бъдеще поради непретенциозните си условия на работа и дългия експлоатационен живот.