Tradizionalmente, il solfuro di cadmio veniva usato come colorante. Può essere visto sulle tele di grandi artisti come Van Gogh, Claude Monet, Matisse. Negli ultimi anni, l'interesse per esso è associato all'uso del solfuro di cadmio come film di rivestimento per celle solari e dispositivi fotosensibili. Questo composto è caratterizzato da un buon contatto ohmico con molti materiali. La sua resistenza non dipende dall'intensità e dalla direzione della corrente. Per questo motivo, il materiale è promettente per l'uso in optoelettronica, tecnologia laser e LED.
Descrizione generale
Il solfuro di cadmio è un composto inorganico che si trova naturalmente sotto forma di minerali rari come la miscela di zinco e l'howliite. Non interessano al settore. La principale fonte di solfuro di cadmio è la sintesi artificiale.
In apparenza, questo composto è una polvere gialla. Le sfumature possono variare dal limone al rosso arancio. Grazie al suo colore brillante e all'elevata resistenza alle influenze esterne, il solfuro di cadmio è stato utilizzato come alta qualitàcolorante. La sostanza è ampiamente disponibile dal 18° secolo.
La formula chimica del composto è CdS. Ha 2 forme strutturali di cristalli: esagonale (wurtzite) e cubica (miscela di zinco). Sotto l'influenza dell' alta pressione si forma anche una terza forma, come il salgemma.
Proprietà del solfuro di cadmio
Un materiale con una struttura reticolare esagonale ha le seguenti proprietà fisiche e meccaniche:
- punto di fusione - 1475 °С;
- densità - 4824 kg/m3;
- coefficiente di espansione lineare – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Durezza Mohs - 3, 8;
- temperatura di sublimazione - 980 °C.
Questo composto è un semiconduttore diretto. Quando viene irradiato con la luce, la sua conduttività aumenta, il che consente di utilizzare il materiale come fotoresistenza. Quando è legato con rame e alluminio, si osserva l'effetto della luminescenza. I cristalli CdS possono essere utilizzati nei laser a stato solido.
La solubilità del solfuro di cadmio in acqua è assente, negli acidi diluiti è debole, negli acidi cloridrico e solforico concentrati è buona. Scioglie bene anche Cd.
Le seguenti proprietà chimiche sono caratteristiche di una sostanza:
- precipita se esposto a una soluzione di acido solfidrico o metalli alcalini;
- reagendo con acido cloridrico produce CdCl2 e acido solfidrico;
- quando riscaldato in un'atmosfera con ossigeno in eccesso, si ossida in solfatoo ossido (dipende dalla temperatura nel forno).
Ricevi
Il solfuro di cadmio viene sintetizzato in diversi modi:
- quando si interagisce con vapori di cadmio e zolfo;
- nella reazione di composti organosolforati e contenenti cadmio;
- precipitazione dalla soluzione sotto l'influenza di H2S o Na2S.
I film basati su questa sostanza sono realizzati con metodi speciali:
- per precipitazione chimica utilizzando la tiocarbammide come fonte di anioni solfuro;
- polverizzazione seguita da pirolisi;
- metodo dell'epitassia del fascio molecolare, in cui i cristalli vengono fatti crescere sotto vuoto;
- come risultato del processo sol-gel;
- con il metodo sputtering;
- anodizzazione ed elettroforesi;
- con il metodo di serigrafia.
Per fare il pigmento, il solfuro di cadmio solido precipitato viene lavato, calcinato per ottenere un reticolo cristallino esagonale e poi macinato in polvere.
Applicazione
I coloranti a base di questo composto hanno un'elevata resistenza termica e alla luce. Gli additivi di seleniuro, tellururo di cadmio e solfuro di mercurio consentono di cambiare il colore della polvere in verde-giallo e rosso-viola. I pigmenti vengono utilizzati nella produzione di prodotti polimerici.
Ci sono altri usi del solfuro di cadmio:
- rilevatori (registratori) di particelle elementari, compresa la gammaradiazione;
- transistor a film sottile;
- trasduttori piezoelettrici in grado di operare nella banda GHz;
- fabbricazione di nanofili e tubi utilizzati come etichette luminescenti in medicina e biologia.
Celle solari al solfuro di cadmio
I pannelli solari a film sottile sono una delle ultime invenzioni nel campo dell'energia alternativa. Lo sviluppo di questo settore sta diventando sempre più urgente, poiché le riserve di minerali utilizzati per generare elettricità si stanno rapidamente esaurendo. I vantaggi delle celle solari al solfuro di cadmio sono i seguenti:
- ridurre i costi dei materiali nella loro produzione;
- aumento dell'efficienza di conversione dell'energia solare in energia elettrica (dall'8% per i tipi di batterie tradizionali al 15% per CdS/CdTe);
- possibilità di generazione di energia in assenza di raggi diretti e utilizzo di batterie in zone nebbiose, in luoghi ad alto inquinamento atmosferico.
Le pellicole utilizzate per realizzare le celle solari hanno uno spessore di soli 15-30 micron. Hanno una struttura granulare, la cui dimensione degli elementi è di 1-5 micron. Gli scienziati ritengono che le batterie a film sottile potrebbero diventare in futuro un' alternativa alle batterie policristalline grazie alle loro condizioni operative senza pretese e alla lunga durata.
