Traditioneel werd cadmiumsulfide als kleurstof gebruikt. Het is te zien op de doeken van grote kunstenaars als Van Gogh, Claude Monet, Matisse. In de afgelopen jaren is de belangstelling ervoor in verband gebracht met het gebruik van cadmiumsulfide als filmcoating voor zonnecellen en in lichtgevoelige apparaten. Deze compound kenmerkt zich door een goed ohms contact met veel materialen. De weerstand is niet afhankelijk van de grootte en richting van de stroom. Hierdoor is het materiaal veelbelovend voor gebruik in opto-elektronica, lasertechnologie en LED's.
Algemene beschrijving
Cadmiumsulfide is een anorganische verbinding die van nature voorkomt als de zeldzame mineralen zinkblend en howliet. Ze zijn niet interessant voor de sector. De belangrijkste bron van cadmiumsulfide is kunstmatige synthese.
Uiterlijk is deze verbinding een geel poeder. Tinten kunnen variëren van citroen tot oranjerood. Vanwege de heldere kleur en hoge weerstand tegen invloeden van buitenaf wordt cadmiumsulfide gebruikt als een hoge kwaliteitkleurstof. De stof is sinds de 18e eeuw op grote schaal verkrijgbaar.
De chemische formule van de verbinding is CdS. Het heeft 2 structurele vormen van kristallen: hexagonaal (wurtziet) en kubisch (zinkblend). Onder invloed van hoge druk wordt ook een derde vorm gevormd, zoals steenzout.
Cadmiumsulfide eigenschappen
Een materiaal met een hexagonale roosterstructuur heeft de volgende fysieke en mechanische eigenschappen:
- smeltpunt - 1475 °С;
- dichtheid - 4824 kg/m3;
- lineaire uitzettingscoëfficiënt – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mohs-hardheid - 3, 8;
- sublimatietemperatuur - 980 °C.
Deze verbinding is een directe halfgeleider. Bij bestraling met licht neemt de geleidbaarheid ervan toe, waardoor het materiaal als fotoresistor kan worden gebruikt. Wanneer gelegeerd met koper en aluminium, wordt het effect van luminescentie waargenomen. CdS-kristallen kunnen worden gebruikt in vastestoflasers.
De oplosbaarheid van cadmiumsulfide in water is afwezig, in verdunde zuren is het zwak, in geconcentreerd zout- en zwavelzuur is het goed. Het lost ook Cd goed op.
De volgende chemische eigenschappen zijn kenmerkend voor een stof:
- precipiteert bij blootstelling aan een oplossing van waterstofsulfide of alkalimetalen;
- reageren met zoutzuur produceert CdCl2 en waterstofsulfide;
- wanneer het wordt verwarmd in een atmosfeer met een teveel aan zuurstof, oxideert het tot sulfaatof oxide (dit hangt af van de temperatuur in de oven).
Ontvangen
Cadmiumsulfide wordt op verschillende manieren gesynthetiseerd:
- bij interactie met dampen van cadmium en zwavel;
- bij de reactie van organozwavel- en cadmiumbevattende verbindingen;
- neerslag uit oplossing onder invloed van H2S of Na2S.
Films op basis van deze stof worden gemaakt met behulp van speciale methoden:
- door chemische precipitatie met thiocarbamide als bron van sulfide-anionen;
- verpulvering gevolgd door pyrolyse;
- methode voor moleculaire bundelepitaxie, waarbij kristallen onder vacuüm worden gekweekt;
- als resultaat van het sol-gel proces;
- door sputtermethode;
- anodiseren en elektroforese;
- door zeefdrukmethode.
Om het pigment te maken, wordt het geprecipiteerde vaste cadmiumsulfide gewassen, gecalcineerd om een hexagonaal kristalrooster te verkrijgen en vervolgens vermalen tot een poeder.
Toepassing
Kleuren op basis van deze verbinding hebben een hoge thermische en lichtbestendigheid. Additieven van selenide, cadmiumtelluride en kwiksulfide maken het mogelijk om de kleur van het poeder te veranderen in groen-geel en rood-violet. Pigmenten worden gebruikt bij de productie van polymeerproducten.
Er zijn andere toepassingen voor cadmiumsulfide:
- detectoren (recorders) van elementaire deeltjes, waaronder gammastraling;
- dunne-filmtransistors;
- piëzo-elektrische transducers die in de GHz-band kunnen werken;
- fabricage van nanodraden en buizen die worden gebruikt als lichtgevende labels in de geneeskunde en biologie.
Cadmiumsulfide zonnecellen
Dunnefilmzonnepanelen zijn een van de nieuwste uitvindingen op het gebied van alternatieve energie. De ontwikkeling van deze industrie wordt steeds urgenter, omdat de reserves aan mineralen die worden gebruikt om elektriciteit op te wekken snel uitgeput raken. De voordelen van cadmiumsulfide-zonnecellen zijn als volgt:
- lagere materiaalkosten bij de fabricage;
- verhoging van de efficiëntie van het omzetten van zonne-energie in elektrische energie (van 8% voor traditionele soorten batterijen naar 15% voor CdS/CdTe);
- mogelijkheid van energieopwekking bij afwezigheid van directe stralen en het gebruik van batterijen in mistige gebieden, op plaatsen met hoge luchtvervuiling.
Films die worden gebruikt om zonnecellen te maken, zijn slechts 15-30 micron dik. Ze hebben een korrelige structuur, waarvan de grootte van de elementen 1-5 micron is. Wetenschappers zijn van mening dat dunnefilmbatterijen in de toekomst een alternatief kunnen worden voor polykristallijne batterijen vanwege hun pretentieloze bedrijfsomstandigheden en lange levensduur.
