Tradične sa ako farbivo používal sulfid kademnatý. Možno to vidieť na plátnach takých veľkých umelcov ako Van Gogh, Claude Monet, Matisse. V posledných rokoch je záujem o ňu spojený s použitím sulfidu kademnatého ako filmového povlaku pre solárne články a vo fotosenzitívnych zariadeniach. Táto zlúčenina sa vyznačuje dobrým ohmickým kontaktom s mnohými materiálmi. Jeho odpor nezávisí od veľkosti a smeru prúdu. Vďaka tomu je materiál sľubný pre použitie v optoelektronike, laserovej technológii a LED.
Všeobecný popis
Sirník kademnatý je anorganická zlúčenina, ktorá sa prirodzene vyskytuje ako vzácna minerálna zmes zinku a howliitu. Priemysel ich nezaujíma. Hlavným zdrojom sulfidu kademnatého je umelá syntéza.
Vzhľadom je táto zlúčenina žltým práškom. Odtiene sa môžu líšiť od citrónovej po oranžovo-červenú. Vďaka svojej žiarivej farbe a vysokej odolnosti voči vonkajším vplyvom sa sulfid kademnatý používa ako vysoko kvalitnýfarbivo. Látka je široko dostupná od 18. storočia.
Chemický vzorec zlúčeniny je CdS. Má 2 štruktúrne formy kryštálov: šesťhranné (wurtzit) a kubické (zinková zmes). Pod vplyvom vysokého tlaku vzniká aj tretia forma, ako kamenná soľ.
Vlastnosti sulfidu kademnatého
Materiál s hexagonálnou mriežkovou štruktúrou má nasledujúce fyzikálne a mechanické vlastnosti:
- teplota topenia - 1475 °С;
- hustota - 4824 kg/m3;
- koeficient lineárnej expanzie – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Tvrdosť podľa Mohsa - 3, 8;
- sublimačná teplota – 980 °C.
Táto zlúčenina je priamy polovodič. Pri ožiarení svetlom sa zvyšuje jeho vodivosť, čo umožňuje použiť materiál ako fotorezistor. Pri legovaní meďou a hliníkom sa pozoruje efekt luminiscencie. Kryštály CdS možno použiť v pevnolátkových laseroch.
Rozpustnosť sulfidu kademnatého vo vode chýba, v zriedených kyselinách je slabá, v koncentrovanej kyseline chlorovodíkovej a sírovej je dobrá. Tiež dobre rozpúšťa Cd.
Nasledujúce chemické vlastnosti sú charakteristické pre látku:
- pri vystavení roztoku sírovodíka alebo alkalických kovov sa vyzráža;
- reakciou s kyselinou chlorovodíkovou vzniká CdCl2 a sírovodík;
- pri zahrievaní v atmosfére s prebytkom kyslíka oxiduje na síranalebo oxid (závisí to od teploty v peci).
Prijať
Sirník kademnatý sa syntetizuje niekoľkými spôsobmi:
- pri interakcii s parami kadmia a síry;
- pri reakcii organosíry a zlúčenín obsahujúcich kadmium;
- zrážanie z roztoku pod vplyvom H2S alebo Na2S.
Filmy na báze tejto látky sa vyrábajú pomocou špeciálnych metód:
- chemickým vyzrážaním s použitím tiokarbamidu ako zdroja sulfidových aniónov;
- pulverizácia s následnou pyrolýzou;
- metóda molekulárnej epitaxie, pri ktorej sa kryštály pestujú vo vákuu;
- ako výsledok procesu sól-gél;
- metódou naprašovania;
- eloxovanie a elektroforéza;
- metódou sieťotlače.
Pri výrobe pigmentu sa vyzrážaný pevný sulfid kademnatý premyje, kalcinuje, čím sa získa šesťuholníková kryštálová mriežka, a potom sa melie na prášok.
Aplikácia
Farbivá na báze tejto zlúčeniny majú vysokú tepelnú a svetelnú odolnosť. Prísady selenidu, teluridu kadmia a sulfidu ortuti umožňujú zmeniť farbu prášku na zelenožltú a červenofialovú. Pri výrobe polymérových produktov sa používajú pigmenty.
Sirník kademnatý má aj iné využitie:
- detektory (záznamníky) elementárnych častíc vrátane gamažiarenie;
- tenkovrstvové tranzistory;
- piezoelektrické meniče schopné prevádzky v pásme GHz;
- výroba nanodrôtov a trubíc, ktoré sa používajú ako luminiscenčné štítky v medicíne a biológii.
solárne články so sulfidom kademnatým
Tenkovrstvové solárne panely sú jedným z najnovších vynálezov v oblasti alternatívnej energie. Rozvoj tohto odvetvia je čoraz naliehavejší, pretože zásoby nerastných surovín používaných na výrobu elektriny sa rýchlo vyčerpávajú. Výhody solárnych článkov so sulfidom kademnatým sú nasledovné:
- nižšie náklady na materiál pri ich výrobe;
- zvýšenie účinnosti premeny slnečnej energie na elektrickú energiu (z 8 % pre tradičné typy batérií na 15 % pre CdS/CdTe);
- možnosť výroby energie pri absencii priamych lúčov a používania batérií v oblastiach s hmlou, na miestach s vysokým znečistením ovzdušia.
Fólie používané na výrobu solárnych článkov majú hrúbku len 15-30 mikrónov. Majú zrnitú štruktúru, ktorej veľkosť prvkov je 1-5 mikrónov. Vedci sa domnievajú, že tenkovrstvové batérie by sa v budúcnosti mohli stať alternatívou k polykryštalickým batériám vďaka ich nenáročným prevádzkovým podmienkam a dlhej životnosti.
