Kadmium-szulfid: tulajdonságok, előkészítés és alkalmazás

Hagyományosan kadmium-szulfidot használtak festékként. Olyan nagy művészek vásznain látható, mint Van Gogh, Claude Monet, Matisse. Az utóbbi években az érdeklődés a kadmium-szulfid használatával jár, mint a napelemek filmbevonata és a fényérzékeny eszközök. Ezt a vegyületet jó ohmos érintkezés jellemzi sok anyaggal. Ellenállása nem függ az áram nagyságától és irányától. Ennek köszönhetően az anyag ígéretes az optoelektronikában, a lézertechnológiában, a LED-ekben.

Általános leírás

A kadmium-szulfid egy szervetlen vegyület, amely természetes módon ritka ásványok formájában fordul elő cink blende és houliit. Nem érdekli az iparágat. A kadmium-szulfid fő forrása a mesterséges szintézis.

Megjelenésében ez a vegyület sárga por. Az árnyalatok citromtól narancsvörösig változhatnak. Világos színe és a külső hatásokkal szembeni nagy ellenállása miatt a kadmium-szulfidot kiváló minőségű festékként használták. Az anyag a 18. század óta széles körben elérhető.

A vegyület kémiai képlete-CDs. A kristályok 2 szerkezeti formája: hatszögletű (wurtzite) és köbös (cink blende). A nagy nyomás hatására egy harmadik forma is kialakul, mint a kősó.

Kadmium-szulfid: tulajdonságok

A hatszögletű rácsszerkezetű anyag a következő fizikai-mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik:

• olvadáspont – 1475 Xhamsterc;
• sűrűség-4824 kg/^m3;
• lineáris tágulási együttható – (4,1-6,5) mk^-1;
• Mohs keménység-3.8;
• szublimációs hőmérséklet-980 oc.

Ez a vegyület közvetlen félvezető. Fénnyel besugározva növekszik a vezetőképessége, ami lehetővé teszi az anyag fotorezisztorként történő felhasználását. Réz és alumínium ötvözésével a lumineszcencia hatása figyelhető meg. A CDs kristályok szilárdtest lézerekben használhatók.

A kadmium-szulfid vízben való oldhatósága hiányzik, híg savakban-gyenge, koncentrált sósavban és kénsavban-jó. A Cd is jól oldódik benne.

Az anyagra a következő kémiai tulajdonságok jellemzőek:

• kicsapódik, ha hidrogén-szulfid vagy alkálifémek oldatának van kitéve;
• sósavval reagálva CdCl képződik₂ és hidrogén-szulfid;
• túlzott oxigéntartalmú légkörben hevítve szulfáttá vagy oxiddá oxidálódik (ez a kemence hőmérsékletétől függ).

Átvétel

A kadmium-szulfidot szintetizálják többféle módon:

• a kadmium és a kéngőz kölcsönhatása révén;
• szerves kéntartalmú és kadmiumtartalmú vegyületek reakciójában;
• az oldatból a H hatása alatt kicsapódik₂S vagy Na₂S.

Az ezen anyagon alapuló filmeket speciális módszerekkel készítik:

A pigment előállításához a kicsapódott szilárd kadmium-szulfidot mossuk, kalcináljuk, hogy hatszögletű kristályrács alakot kapjunk, majd porszerű állapotba zúzzuk.

Alkalmazás

Az ezen vegyületen alapuló színezékek magas hő-és fényállósággal rendelkeznek. A szelenidből, kadmium-telluridból és higany-szulfidból származó adalékanyagok lehetővé teszik meg kell változtatni a színét a por zöld-sárga és piros-lila. A pigmenteket polimer termékek előállításához használják.

A kadmium-szulfidnak más alkalmazásai is vannak:

• elemi részecskék detektorai (felvevői), beleértve a gamma-sugárzást is;
• vékony film tranzisztorok;
• GHz-es sávban üzemelő piezoelektromos átalakítók;
• nanovezetékek és csövek gyártása, amelyeket fluoreszcens címkeként használnak az orvostudományban és a biológiában.

Kadmium-szulfid napelemek

A vékony film napelemek az egyik legújabb találmány alternatív energia. Ennek fejlesztése ipar egyre fontosabbá válik, mivel a villamosenergia-termeléshez használt ásványi anyagok tartalékai gyorsan kimerülnek. A kadmium-szulfid alapú napelemek előnyei a következők:

• alacsonyabb anyagköltségek gyártásuk során;
• a napenergia elektromos energiává történő átalakításának hatékonyságának növelése (a hagyományos típusú akkumulátorok 8% - ról 15% - ra CD/CdTe esetén);
• az energiatermelés lehetősége hiányában az elemek használata ködös területeken, olyan helyeken, ahol a levegő porosodik.

Használt filmek gyártásához a napelemek vastagsága csak 15-30 mikron. Szemcsés szerkezetük van, amelynek elemei mérete 1-5 mikron. A tudósok úgy vélik, hogy a vékonyréteg-akkumulátorok a jövőben képesek lesznek a polikristályos alternatívává válni a szerény működési feltételek és a hosszú élettartam miatt élettartam.