באופן מסורתי, קדמיום גופרתי שימש כצבע. ניתן לראות את זה על הקנבסים של אמנים גדולים כמו ואן גוך, קלוד מונה, מאטיס. בשנים האחרונות העניין בו קשור לשימוש בקדמיום גופרתי כציפוי סרט לתאים סולאריים ובמכשירים רגישים לאור. תרכובת זו מאופיינת במגע אוהמי טוב עם חומרים רבים. ההתנגדות שלו אינה תלויה בגודל ובכיוון הזרם. בשל כך, החומר מבטיח לשימוש באופטואלקטרוניקה, טכנולוגיית לייזר ונוריות LED.
תיאור כללי
קדמיום גופרתי הוא תרכובת אנאורגנית המופיעה באופן טבעי כמינרלים נדירים אבץ בלנד והולייט. הם לא מעניינים את התעשייה. המקור העיקרי של קדמיום גופרתי הוא סינתזה מלאכותית.
במראה, תרכובת זו היא אבקה צהובה. הגוונים יכולים להשתנות מלימון ועד כתום-אדום. בשל צבעו הבהיר ועמידותו הגבוהה להשפעות חיצוניות, קדמיום גופרתי שימש כאיכות גבוההצֶבַע. החומר זמין באופן נרחב מאז המאה ה-18.
הנוסחה הכימית של התרכובת היא CdS. יש לו 2 צורות מבניות של גבישים: משושה (וורציט) וקובית (תערובת אבץ). בהשפעת לחץ גבוה נוצרת גם צורה שלישית, כמו מלח סלעים.
מאפייני קדמיום גופרתי
לחומר בעל מבנה סריג משושה יש את התכונות הפיזיקליות והמכניות הבאות:
- נקודת התכה - 1475 °С;
- density - 4824 kg/m3;
- מקדם התפשטות ליניארי – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Mohs hardness - 3, 8;
- טמפרטורת סובלימציה - 980 מעלות צלזיוס.
תרכובת זו היא מוליך למחצה ישיר. בהקרנה באור, המוליכות שלו עולה, מה שמאפשר להשתמש בחומר כנגד פוטו. כאשר סגסוגת עם נחושת ואלומיניום, ההשפעה של זוהר נצפית. ניתן להשתמש בגבישי CdS בלייזרים במצב מוצק.
המסיסות של קדמיום גופרתי במים נעדרת, בחומצות מדוללות היא חלשה, בחומצה הידרוכלורית וגופרית מרוכזת היא טובה. זה גם ממיס CD היטב.
התכונות הכימיות הבאות אופייניות לחומר:
- משקע בעת חשיפה לתמיסה של מימן גופרתי או מתכות אלקליות;
- תגובה עם חומצה הידרוכלורית מייצרת CdCl2 ומימן גופרתי;
- כאשר הוא מחומם באטמוספירה עם עודף חמצן, הוא מתחמצן לסולפטאו תחמוצת (זה תלוי בטמפרטורה בכבשן).
קבל
קדמיום גופרתי מסונתז בכמה דרכים:
- בעת אינטראקציה עם אדי קדמיום וגופרית;
- בתגובה של תרכובות המכילות קדמיום אורגנוגופרית;
- משקעים מתמיסה בהשפעת H2S או Na2S.
סרטים המבוססים על חומר זה מיוצרים בשיטות מיוחדות:
- באמצעות משקעים כימיים באמצעות thiocarbamide כמקור לאניונים גופרתיים;
- pulverization ואחריו פירוליזה;
- שיטה לאפיטקסיה של קרן מולקולרית, שבה מגדלים גבישים תחת ואקום;
- כתוצאה מתהליך הסול-ג'ל;
- בשיטת קיצוץ;
- אנודיזציה ואלקטרופורזה;
- בשיטת הדפסת מסך.
כדי ליצור את הפיגמנט, שוטפים את הקדמיום הגפרתי המשקע, מסיידים לקבלת סריג קריסטל משושה, ולאחר מכן טוחנים לאבקה.
Application
לצבעים המבוססים על תרכובת זו יש עמידות תרמית וקלה גבוהה. תוספים של סלניד, קדמיום טלוריד וכספית גופרתי מאפשרים לשנות את צבע האבקה לירוק-צהוב ואדום-סגול. פיגמנטים משמשים לייצור מוצרי פולימר.
ישנם שימושים נוספים לקדמיום גופרתי:
- גלאים (מקליטים) של חלקיקים יסודיים, כולל גמאקרינה;
- טרנזיסטורי סרט דק;
- מתמרים פיאזואלקטריים המסוגלים לפעול ברצועת ה-GHz;
- ייצור של ננו-חוטים וצינורות המשמשים כתוויות זוהרות ברפואה ובביולוגיה.
תאים סולאריים של קדמיום גופרתי
פאנלים סולאריים בעלי סרט דק הם אחת ההמצאות האחרונות באנרגיה חלופית. הפיתוח של תעשייה זו הופך יותר ויותר דחוף, שכן עתודות המינרלים המשמשות לייצור חשמל מתרוקנות במהירות. היתרונות של תאים סולאריים קדמיום גופרתי הם כדלקמן:
- עלויות חומרים נמוכות יותר בייצור שלהם;
- הגדלת היעילות של המרת אנרגיה סולארית לאנרגיה חשמלית (מ-8% עבור סוגי סוללות מסורתיים ל-15% עבור CdS/CdTe);
- אפשרות לייצור חשמל בהיעדר קרניים ישירות ושימוש בסוללות באזורים מעורפלים, במקומות עם זיהום אוויר גבוה.
עובי הסרטים המשמשים לייצור תאים סולאריים הוא 15-30 מיקרון בלבד. יש להם מבנה גרגירי, שגודלם של האלמנטים הוא 1-5 מיקרון. מדענים מאמינים שסוללות סרט דק עשויות להפוך בעתיד לחלופה לסוללות פוליבריסטליות בשל תנאי ההפעלה הבלתי יומרניים שלהן וחיי השירות הארוכים שלהן.
