Traditionell wurde Cadmiumsulfid als Farbstoff verwendet. Es ist auf den Leinwänden so großer Künstler wie Van Gogh, Claude Monet, Matisse zu sehen. In den letzten Jahren ist das Interesse daran mit der Verwendung von Cadmiumsulfid als Filmbeschichtung für Solarzellen und in lichtempfindlichen Geräten verbunden. Diese Verbindung zeichnet sich durch einen guten ohmschen Kontakt zu vielen Materialien aus. Sein Widerstand hängt nicht von der Größe und Richtung des Stroms ab. Aus diesem Grund ist das Material vielversprechend für den Einsatz in der Optoelektronik, Lasertechnik und LEDs.
Allgemeine Beschreibung
Cadmiumsulfid ist eine anorganische Verbindung, die natürlicherweise als die seltenen Mineralien Zinkblende und Howliit vorkommt. Sie sind für die Industrie uninteressant. Die Hauptquelle von Cadmiumsulfid ist die künstliche Synthese.
Diese Verbindung ist ein gelbes Pulver. Die Farbtöne können von Zitrone bis Orangerot variieren. Aufgrund seiner leuchtenden Farbe und hohen Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse wurde Cadmiumsulfid als hochwertige Qualität verwendetFarbstoff. Die Substanz ist seit dem 18. Jahrhundert weit verbreitet.
Die chemische Formel der Verbindung ist CdS. Es hat 2 Strukturformen von Kristallen: hexagonal (Wurtzit) und kubisch (Zinkblende). Unter dem Einfluss von hohem Druck entsteht auch eine dritte Form, wie Steinsalz.
Cadmiumsulfid Eigenschaften
Ein Material mit hexagonaler Gitterstruktur hat folgende physikalische und mechanische Eigenschaften:
- Schmelzpunkt - 1475 °С;
- Dichte - 4824 kg/m3;
- linearer Ausdehnungskoeffizient – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mohs-Härte - 3, 8;
- Sublimationstemperatur - 980 °C.
Diese Verbindung ist ein direkter Halbleiter. Bei Bestrahlung mit Licht erhöht sich seine Leitfähigkeit, was es ermöglicht, das Material als Fotowiderstand zu verwenden. Beim Legieren mit Kupfer und Aluminium wird der Effekt der Lumineszenz beobachtet. CdS-Kristalle können in Festkörperlasern verwendet werden.
Die Löslichkeit von Cadmiumsulfid in Wasser fehlt, in verdünnten Säuren ist es schwach, in konzentrierter Salz- und Schwefelsäure ist es gut. Es löst auch Cd gut auf.
Die folgenden chemischen Eigenschaften sind charakteristisch für einen Stoff:
- fällt aus, wenn es einer Lösung von Schwefelwasserstoff oder Alkalimetallen ausgesetzt wird;
- Reaktion mit Salzsäure erzeugt CdCl2 und Schwefelwasserstoff;
- wenn es in einer Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff erhitzt wird, oxidiert es zu Sulfatoder Oxid (dies hängt von der Temperatur im Ofen ab).
Empfangen
Cadmiumsulfid wird auf verschiedene Arten synthetisiert:
- bei Wechselwirkung mit Cadmium- und Schwefeldämpfen;
- bei der Reaktion von schwefelorganischen und cadmiumh altigen Verbindungen;
- Fällung aus Lösung unter Einfluss von H2S oder Na2S.
Filme auf Basis dieser Substanz werden nach speziellen Verfahren hergestellt:
- durch chemische Fällung unter Verwendung von Thiocarbamid als Quelle für Sulfidanionen;
- Pulverisierung gefolgt von Pyrolyse;
- Methode der Molekularstrahlepitaxie, bei der Kristalle im Vakuum gezüchtet werden;
- als Ergebnis des Sol-Gel-Prozesses;
- Sputterverfahren;
- Anodisierung und Elektrophorese;
- im Siebdruckverfahren.
Zur Herstellung des Pigments wird das ausgefällte feste Cadmiumsulfid gewaschen, kalziniert, um ein hexagonales Kristallgitter zu erh alten, und dann zu einem Pulver gemahlen.
Bewerbung
Farbstoffe auf Basis dieser Verbindung haben eine hohe Wärme- und Lichtbeständigkeit. Zusätze von Selenid, Cadmiumtellurid und Quecksilbersulfid ermöglichen es, die Farbe des Pulvers in grün-gelb und rot-violett zu verändern. Pigmente werden bei der Herstellung von Polymerprodukten verwendet.
Cadmiumsulfid hat noch andere Verwendungsmöglichkeiten:
- Detektoren (Recorder) von Elementarteilchen, einschließlich GammaStrahlung;
- Dünnschichttransistoren;
- piezoelektrische Wandler, die im GHz-Band arbeiten können;
- Herstellung von Nanodrähten und -röhren, die als Leuchtetiketten in Medizin und Biologie verwendet werden.
Cadmiumsulfid-Solarzellen
Dünnschicht-Solarmodule sind eine der neuesten Erfindungen in der alternativen Energie. Die Entwicklung dieser Industrie wird immer dringender, da die Reserven an Mineralien, die zur Stromerzeugung verwendet werden, schnell erschöpft sind. Die Vorteile von Cadmiumsulfid-Solarzellen sind wie folgt:
- geringere Materialkosten bei der Herstellung;
- Steigerung des Wirkungsgrades bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie (von 8 % für herkömmliche Batterietypen auf 15 % für CdS/CdTe);
- Möglichkeit der Stromerzeugung ohne direkte Sonneneinstrahlung und die Verwendung von Batterien in nebligen Gebieten, an Orten mit hoher Luftverschmutzung.
Folien, die zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden, sind nur 15-30 Mikrometer dick. Sie haben eine körnige Struktur, deren Elementgröße 1-5 Mikrometer beträgt. Wissenschaftler glauben, dass Dünnschichtbatterien aufgrund ihrer unprätentiösen Betriebsbedingungen und langen Lebensdauer in Zukunft eine Alternative zu polykristallinen Batterien werden könnten.
