Сульфід кадмію: властивості, отримання та застосування

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 нього пов`язаний із застосуванням сульфіду кадмію в якості плівкового покриття сонячних батарей і в 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, лазерній техніці, світлодіодах.

Загальний опис

Сульфід кадмію - це неорганічна сполука, яка зустрічається в природі у вигляді рідкісних мінералів цинкової обманки та хоуліту. 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 високій стійкості до зовнішніх впливів сульфід кадмію використовувався в якості високоякісного барвника. Широку доступність речовина отримало 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`яної солі.

Сульфід кадмію: властивості

Матеріал з гексагональної структурою решітки володіє наступними фізико-механічними властивостями:

• температура плавлення - 1475 ° з;
• щільність-4824 кг / м³;
• коефіцієнт лінійного розширення - (4,1-6,5) мкК^-1;
• твердість за шкалою Мооса-3,8;
• температура сублімації-980 ° з.

Дане з`єднання є прямим напівпровідником. При опроміненні світлом його провідність збільшується, що дає можливість використовувати матеріал в якості фоторезистора. При легуванні міддю і алюмінієм спостерігається ефект люмінесценції. Кристали CdS можуть застосовуватися в твердотільних лазерах.

Розчинність сульфіду кадмію у воді-відсутня – в 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 сераорганических і кадмійвмісних сполук;
• осадженням з розчину під впливом H₂S або Na₂S.

Плівки на основі цієї речовини виготовляють за допомогою спеціальних методів:

Для виготовлення пігменту осаджений твердий сульфід кадмію промивають, прожарюють для отримання гексагональної форми кристалічної решітки, а потім подрібнюють до порошкоподібного стану.

Застосування

Барвники на основі даного з`єднання мають високу термо - і світлостійкість. Добавки 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 нанопроволок і трубок, які використовуються в якості люмінесцентних міток в медицині та біології.

Сонячні батареї на сульфіді кадмію

Тонкоплівкові сонячні батареї-це одне з останніх винаходів в альтернативній енергетиці. Розвиток цієї галузь промисловості стає все актуальніше, так як 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 і використання батарей в туманних районах, в місцях з підвищеною запиленістю повітря.

Плівки, що застосовуються для виготовлення сонячних елементів, мають товщину всього 15-30 мкм. Вони володіють зернистою структурою, розмір елементів якої становить 1-5 мкм. Вчені вважають, що тонкоплівкові батареї в майбутньому зможуть стати альтернативою полікристалічним завдяки невибагливим умовам експлуатації і тривалому терміну служби.