Παραδοσιακά, το θειούχο κάδμιο χρησιμοποιήθηκε ως βαφή. Φαίνεται στους καμβάδες τόσο μεγάλων καλλιτεχνών όπως ο Βαν Γκογκ, ο Κλοντ Μονέ, ο Ματίς. Τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον για αυτό συνδέεται με τη χρήση του θειούχου καδμίου ως επικάλυψης μεμβράνης για ηλιακά κύτταρα και σε φωτοευαίσθητες συσκευές. Αυτή η ένωση χαρακτηρίζεται από καλή ωμική επαφή με πολλά υλικά. Η αντίστασή του δεν εξαρτάται από το μέγεθος και την κατεύθυνση του ρεύματος. Λόγω αυτού, το υλικό είναι πολλά υποσχόμενο για χρήση στην οπτοηλεκτρονική, την τεχνολογία λέιζερ και τα LED.
Γενική περιγραφή
Το θειούχο κάδμιο είναι μια ανόργανη ένωση που απαντάται φυσικά ως μείγμα ψευδάργυρου και χαουλίτη από σπάνια μέταλλα. Δεν ενδιαφέρουν τον κλάδο. Η κύρια πηγή θειούχου καδμίου είναι η τεχνητή σύνθεση.
Από εμφάνιση, αυτή η ένωση είναι μια κίτρινη σκόνη. Οι αποχρώσεις μπορεί να ποικίλλουν από λεμονί έως πορτοκαλοκόκκινο. Λόγω του λαμπερού χρώματος και της υψηλής αντοχής του στις εξωτερικές επιδράσεις, το θειούχο κάδμιο έχει χρησιμοποιηθεί ως υψηλής ποιότηταςβαφή. Η ουσία ήταν ευρέως διαθέσιμη από τον 18ο αιώνα.
Ο χημικός τύπος της ένωσης είναι CdS. Έχει 2 δομικές μορφές κρυστάλλων: εξαγωνικούς (βουρτζίτης) και κυβικούς (μίγμα ψευδαργύρου). Υπό την επίδραση της υψηλής πίεσης, σχηματίζεται και μια τρίτη μορφή, όπως το αλάτι.
Ιδιότητες θειούχου καδμίου
Ένα υλικό με δομή εξαγωνικού πλέγματος έχει τις ακόλουθες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες:
- σημείο τήξης - 1475 °С;
- πυκνότητα - 4824 kg/m3;
- γραμμικός συντελεστής διαστολής – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Σκληρότητα Mohs - 3, 8;
- θερμοκρασία εξάχνωσης - 980 °C.
Αυτή η ένωση είναι ένας άμεσος ημιαγωγός. Όταν ακτινοβολείται με φως, η αγωγιμότητά του αυξάνεται, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση του υλικού ως φωτοαντίστασης. Όταν γίνεται κράμα με χαλκό και αλουμίνιο, παρατηρείται η επίδραση της φωταύγειας. Οι κρύσταλλοι CdS μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε λέιζερ στερεάς κατάστασης.
Η διαλυτότητα του θειούχου καδμίου στο νερό απουσιάζει, στα αραιά οξέα είναι αδύναμη, στο πυκνό υδροχλωρικό και το θειικό οξύ είναι καλή. Επίσης διαλύει καλά το Cd.
Οι ακόλουθες χημικές ιδιότητες είναι χαρακτηριστικές μιας ουσίας:
- καθιζάνει όταν εκτίθεται σε διάλυμα υδρόθειου ή μετάλλων αλκαλίων.
- αντιδρώντας με υδροχλωρικό οξύ παράγει CdCl2 και υδρόθειο.
- όταν θερμαίνεται σε ατμόσφαιρα με περίσσεια οξυγόνου, οξειδώνεται σε θειικόή οξείδιο (αυτό εξαρτάται από τη θερμοκρασία στον κλίβανο).
Λήψη
Το θειούχο κάδμιο συντίθεται με διάφορους τρόπους:
- όταν αλληλεπιδρούν με ατμούς καδμίου και θείου;
- στην αντίδραση οργανικών ενώσεων που περιέχουν θείο και κάδμιο,
- καθίζηση από το διάλυμα υπό την επίδραση του H2S ή Na2S.
Οι ταινίες που βασίζονται σε αυτήν την ουσία παράγονται με ειδικές μεθόδους:
- με χημική καθίζηση χρησιμοποιώντας θειοκαρβαμίδιο ως πηγή θειούχων ανιόντων,
- κονιοποίηση ακολουθούμενη από πυρόλυση;
- μέθοδος επιταξίας μοριακής δέσμης, στην οποία οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται υπό κενό;
- ως αποτέλεσμα της διαδικασίας sol-gel;
- με μέθοδο ψεκασμού;
- ανοδίωση και ηλεκτροφόρηση;
- με τη μέθοδο μεταξοτυπίας.
Για να παραχθεί η χρωστική ουσία, το κατακρημνισμένο στερεό θειούχο κάδμιο πλένεται, πυρώνεται για να ληφθεί ένα εξαγωνικό κρυσταλλικό πλέγμα και στη συνέχεια αλέθεται σε σκόνη.
Αίτηση
Οι βαφές που βασίζονται σε αυτή την ένωση έχουν υψηλή θερμική και ελαφριά αντοχή. Τα πρόσθετα σεληνιδίου, τελλουρίου καδμίου και θειούχου υδραργύρου καθιστούν δυνατή την αλλαγή του χρώματος της σκόνης σε πράσινο-κίτρινο και κόκκινο-ιώδες. Οι χρωστικές χρησιμοποιούνται στην παραγωγή πολυμερών προϊόντων.
Υπάρχουν άλλες χρήσεις για το θειούχο κάδμιο:
- ανιχνευτές (καταγραφείς) στοιχειωδών σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένου του γάμμαακτινοβολία;
- τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης;
- πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς ικανοί να λειτουργούν στη ζώνη GHz;
- κατασκευή νανοσυρμάτων και σωλήνων που χρησιμοποιούνται ως ετικέτες φωταύγειας στην ιατρική και τη βιολογία.
Ηλιακά κύτταρα θειούχου καδμίου
Οι ηλιακοί συλλέκτες λεπτής μεμβράνης είναι μια από τις τελευταίες εφευρέσεις στην εναλλακτική ενέργεια. Η ανάπτυξη αυτής της βιομηχανίας γίνεται όλο και πιο επείγουσα, καθώς τα αποθέματα ορυκτών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εξαντλούνται γρήγορα. Τα πλεονεκτήματα των ηλιακών κυψελών θειούχου καδμίου είναι τα εξής:
- χαμηλότερο κόστος υλικών για την κατασκευή τους,
- αύξηση της απόδοσης της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια (από 8% για παραδοσιακούς τύπους μπαταριών σε 15% για CdS/CdTe);
- δυνατότητα παραγωγής ενέργειας απουσία άμεσων ακτίνων και χρήσης μπαταριών σε περιοχές με ομίχλη, σε μέρη με υψηλή ατμοσφαιρική ρύπανση.
Οι μεμβράνες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλιακών κυψελών έχουν πάχος μόνο 15-30 μικρά. Έχουν κοκκώδη δομή, το μέγεθος των στοιχείων της οποίας είναι 1-5 μικρά. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι μπαταρίες λεπτής μεμβράνης θα μπορούσαν να αποτελέσουν εναλλακτική λύση για τις πολυκρυσταλλικές μπαταρίες στο μέλλον λόγω των ανεπιτήδευτων συνθηκών λειτουργίας και της μεγάλης διάρκειας ζωής τους.
