Традиційно сульфід кадмію використовувався як барвник. Його можна побачити на полотнах таких великих художників, як Ван Гог, Клод Моне, Матісс. В останні роки інтерес до неї пов’язаний із застосуванням сульфіду кадмію в якості плівкового покриття сонячних батарей і фоточутливих пристроях. Дане з’єднання характеризується хорошим омічним контактом з багатьма матеріалами. Його опір не залежить від величини і напрямку струму. Завдяки цьому матеріал є перспективним для застосування в оптоелектроніці, лазерної техніки, світлодіодах.
Загальний опис
Сульфід кадмію – це неорганічне з’єднання, яке зустрічається в природі у вигляді рідкісних мінералів цинкової обманки та хоулиита. Вони не представляють інтересу для промисловості. Основним джерелом сульфіду кадмію служить штучний синтез.
За зовнішнім виглядом це з’єднання – порошок жовтого кольору. Відтінки можуть варіювати від лимонного до оранжево-червоного. Завдяки своєму яскравому забарвленню і високої стійкості до зовнішніх впливів сульфід кадмію використовувався в якості високоякісного фарбника. Широку доступність речовина отримала починаючи з 18 століття.
Хімічна формула сполуки – CdS. Воно має 2 структурні форми кристалів: гексагональну (вюрцит) і кубічну (цинкова обманка). Під впливом високого тиску утворюється також третя форма, як у кам’яній солі.
Сульфід кадмію: властивості
Матеріал з гексагональною структурою решітки володіє наступними фізико-механічними властивостями:
- температура плавлення – 1475 °С;
- щільність – 4824 кг/м3;
- коефіцієнт лінійного розширення – (4,1-6,5) мкК-1;
- твердість за шкалою Мооса – 3,8;
- температура сублімації – 980 °С.
Ця сполука є прямим напівпровідником. При опроміненні світлом його провідність збільшується, що дає можливість використовувати матеріал в якості фоторезистора. При легування міддю і алюмінієм спостерігається ефект люмінесценції. Кристали CdS можуть застосовуватися в твердотілих лазерах.
Розчинність сульфіду кадмію у воді, розбавлених кислотах – слабка, в концентрованій соляній і сірчаній кислоті – хороша. У ньому також добре розчиняється Cd.
Для речовини характерні наступні хімічні властивості:
- випадає в осад при впливі на розчин сірководню або лужних металів;
- при реагуванні з соляною кислотою утворюються CdCl2 і сірководень;
- при нагріванні в атмосфері з надлишковим вмістом кисню окислюється до сульфату або окису (це залежить від температури в печі випалу).
Отримання
Сульфід кадмію синтезують кількома способами:
- при взаємодії парів кадмію і сірки;
- в реакції сіркоорганічних і кадмийсодержащих сполук;
- осадженням з розчину під дією H2S або na 2 s.
Плівки на основі цієї речовини виготовляють за допомогою спеціальних методів:
- хімічним осадженням із застосуванням тіокарбаміда в якості джерела сульфідних аніонів;
- пульверизацією з наступним піролізом;
- методом молекулярно-пучкової епітаксії, при якій відбувається вирощування кристалів в умовах вакууму;
- в результаті золь-гель процесу;
- способом іонного розпилення;
- анодуванням і електрофорезом;
- методом трафаретного друку.
Для виготовлення пігменту обложений твердий сульфід кадмію промивають, прожарюють для отримання гексагональної форми кристалічної решітки, а потім подрібнюють до порошкоподібного стану.
Застосування
Барвники на основі даного з’єднання володіють високою термо – і світлостійкістю. Добавки з селеніду, телуриду кадмію та сульфіду ртуті дозволяють змінювати колір порошку на зелено-жовтий і червоно-фіолетовий. Пігменти використовуються у виробництві полімерних виробів.
Існують і інші області застосування сульфіду кадмію:
- детектори (реєстратори) елементарних частинок, включаючи гамма-випромінювання;
- тонкоплівкові транзистори;
- п’єзоелектричні перетворювачі, здатні працювати в діапазоні ГГц;
- виготовлення нанодротиків і трубок, які використовуються в якості люмінесцентних міток в медицині та біології.
Сонячні батареї на сульфиде кадмію
Тонкоплівкові сонячні батареї – це одне з останніх винаходів в альтернативній енергетиці. Розвиток цієї галузі промисловості стає все актуальнішою, оскільки запаси корисних копалин, службовців для отримання електроенергії, швидко виснажуються. Перевагами сонячних батарей на основі сульфіду кадмію є наступні:
- більш низькі матеріальні витрати при їх виготовленні;
- збільшення ефективності перетворення сонячної енергії в електричну (з 8% для традиційних видів батарей до 15% у CdS/CdTe);
- можливість вироблення енергії при відсутності прямих променів та використання батарей в туманних районах, у місцях з підвищеною запиленістю повітря.
Плівки, застосовувані для виготовлення сонячних елементів, мають товщину всього 15-30 мкм. Вони мають зернистою структурою, розмір елементів якої становить 1-5 мкм. Вчені вважають, що тонкоплівкові батареї в майбутньому зможуть стати альтернативою поликристаллическим завдяки невибагливим до умов експлуатації та тривалого терміну служби.
