Traditsiooniliselt kasutati värvainena kaadmiumsulfiidi. Seda võib näha selliste suurte kunstnike lõuenditel nagu Van Gogh, Claude Monet, Matisse. Viimastel aastatel on huvi selle vastu seostatud kaadmiumsulfiidi kasutamisega päikesepatareide ja valgustundlike seadmete kilekattena. Seda ühendit iseloomustab hea oomiline kontakt paljude materjalidega. Selle takistus ei sõltu voolu suurusest ja suunast. Tänu sellele on materjal paljulubav kasutamiseks optoelektroonikas, lasertehnoloogias ja LED-ides.
Üldkirjeldus
Kaadmiumsulfiid on anorgaaniline ühend, mis esineb looduslikult haruldaste mineraalide tsingi ja hauliidi seguna. Need ei paku tööstusele huvi. Kaadmiumsulfiidi peamine allikas on kunstlik süntees.
Väliselt on see ühend kollane pulber. Varjundid võivad varieeruda sidrunist oranžikaspunaseni. Tänu oma erksale värvile ja kõrgele vastupidavusele välismõjudele on kaadmiumsulfiidi kasutatud kõrge kvaliteediga.värvaine. Aine on olnud laialdaselt kättesaadav alates 18. sajandist.
Ühendi keemiline valem on CdS. Sellel on 2 kristallide struktuurset vormi: kuusnurkne (wurtsiit) ja kuubikujuline (tsingi segu). Kõrgrõhu mõjul tekib ka kolmas vorm, nagu kivisool.
Kaadmiumsulfiidi omadused
Kuusnurkse võrestruktuuriga materjalil on järgmised füüsikalised ja mehaanilised omadused:
- sulamistemperatuur - 1475 °С;
- tihedus - 4824 kg/m3;
- lineaarne paisumistegur – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mohsi kõvadus – 3, 8;
- sublimatsioonitemperatuur - 980 °C.
See ühend on otsene pooljuht. Valgusega kiiritades selle juhtivus suureneb, mis annab võimaluse kasutada materjali fototakistina. Vase ja alumiiniumiga legeerimisel täheldatakse luminestsentsi mõju. CdS-kristalle saab kasutada tahkislaserites.
Kaadmiumsulfiidi lahustuvus vees puudub, lahjendatud hapetes on see nõrk, kontsentreeritud vesinikkloriid- ja väävelhappes on see hea. Samuti lahustab see hästi CD-d.
Ainele on iseloomulikud järgmised keemilised omadused:
- sadeneb kokkupuutel vesiniksulfiidi või leelismetallide lahusega;
- vesinikkloriidhappega reageerimisel tekib CdCl2 ja vesiniksulfiid;
- kuumutamisel liigse hapnikuga atmosfääris oksüdeerub see sulfaadiksvõi oksiid (see oleneb ahju temperatuurist).
Võta vastu
Kaadmiumsulfiidi sünteesitakse mitmel viisil:
- kaadmiumi ja väävli aurudega suhtlemisel;
- väävelorgaaniliste ja kaadmiumi sisaldavate ühendite reaktsioonis;
- sademed lahusest H2S või Na2S.
Sellel ainel põhinevad filmid tehakse spetsiaalsete meetoditega:
- keemilise sadestamise teel, kasutades sulfiidianioonide allikana tiokarbamiidi;
- pulbristamine, millele järgneb pürolüüs;
- molekulaarkiire epitaksia meetod, mille puhul kristalle kasvatatakse vaakumis;
- sool-geeli protsessi tulemusena;
- pihustusmeetodil;
- anodeerimine ja elektroforees;
- siiditrüki meetodil.
Pigmendi valmistamiseks sadestunud tahke kaadmiumsulfiid pestakse, k altsineeritakse, et saada kuusnurkne kristallvõre, ja seejärel jahvatatakse pulbriks.
Rakendus
Sellel ühendil põhinevatel värvainetel on kõrge soojus- ja valguskindlus. Seleniidi, kaadmiumtelluriidi ja elavhõbedasulfiidi lisandid võimaldavad muuta pulbri värvi rohekollaseks ja punakasvioletseks. Pigmente kasutatakse polümeertoodete tootmisel.
Kaadmiumsulfiidil on muid kasutusviise:
- elementaarosakeste, sealhulgas gamma detektorid (salvestajad)kiirgus;
- õhukesekihilised transistorid;
- piesoelektrilised muundurid, mis on võimelised töötama GHz sagedusalas;
- nanojuhtmete ja torude tootmine, mida kasutatakse luminestsentsmärgistena meditsiinis ja bioloogias.
Kaadmiumsulfiidist päikesepatareid
Õhukese kilega päikesepaneelid on üks viimaseid leiutisi alternatiivenergia vallas. Selle tööstuse arendamine muutub üha pakilisemaks, kuna elektri tootmiseks kasutatavate maavarade varud ammenduvad kiiresti. Kaadmiumsulfiid päikesepatareide eelised on järgmised:
- madalamad materjalikulud nende valmistamisel;
- päikeseenergia elektrienergiaks muundamise efektiivsuse suurendamine (8%-lt traditsiooniliste akude puhul 15%-ni CdS/CdTe puhul);
- energia tootmise võimalus otseste kiirte puudumisel ja akude kasutamine udustes kohtades, kõrge õhusaastega kohtades.
Päikesepatareide valmistamiseks kasutatavad kiled on vaid 15–30 mikroni paksused. Neil on granuleeritud struktuur, mille elementide suurus on 1-5 mikronit. Teadlased usuvad, et õhukesest kileakudest võib nende tagasihoidlike töötingimuste ja pika kasutusea tõttu saada tulevikus polükristallpatareide alternatiiv.
