Traditionnellement, le sulfure de cadmium était utilisé comme colorant. On peut le voir sur les toiles de grands artistes tels que Van Gogh, Claude Monet, Matisse. Ces dernières années, son intérêt est associé à l'utilisation du sulfure de cadmium comme revêtement de film pour les cellules solaires et dans les dispositifs photosensibles. Ce composé se caractérise par un bon contact ohmique avec de nombreux matériaux. Sa résistance ne dépend pas de l'amplitude et de la direction du courant. Pour cette raison, le matériau est prometteur pour une utilisation dans l'optoélectronique, la technologie laser et les LED.
Description générale
Le sulfure de cadmium est un composé inorganique qui se produit naturellement sous la forme de blende de zinc et d'howliite, des minéraux rares. Ils n'intéressent pas l'industrie. La principale source de sulfure de cadmium est la synthèse artificielle.
En apparence, ce composé est une poudre jaune. Les nuances peuvent varier du citron au rouge orangé. En raison de sa couleur vive et de sa haute résistance aux influences extérieures, le sulfure de cadmium a été utilisé comme uncolorant. La substance est largement disponible depuis le 18ème siècle.
La formule chimique du composé est CdS. Il a 2 formes structurelles de cristaux: hexagonale (wurtzite) et cubique (blende de zinc). Sous l'influence de la haute pression, une troisième forme se forme également, comme le sel gemme.
Propriétés du sulfure de cadmium
Un matériau avec une structure en treillis hexagonal a les propriétés physiques et mécaniques suivantes:
- point de fusion - 1475 °С;
- densité - 4824 kg/m3;
- coefficient de dilatation linéaire – (4, 1-6, 5) mkK-1;
- Dureté Mohs - 3, 8;
- température de sublimation - 980 °C.
Ce composé est un semi-conducteur direct. Lorsqu'il est irradié par de la lumière, sa conductivité augmente, ce qui permet d'utiliser le matériau comme photorésistance. Lorsqu'il est allié avec du cuivre et de l'aluminium, l'effet de luminescence est observé. Les cristaux de CdS peuvent être utilisés dans les lasers à solide.
La solubilité du sulfure de cadmium dans l'eau est absente, dans les acides dilués elle est faible, dans l'acide chlorhydrique et sulfurique concentré elle est bonne. Il dissout également bien le Cd.
Les propriétés chimiques suivantes sont caractéristiques d'une substance:
- précipite lorsqu'il est exposé à une solution de sulfure d'hydrogène ou de métaux alcalins;
- la réaction avec l'acide chlorhydrique produit du CdCl2 et du sulfure d'hydrogène;
- lorsqu'il est chauffé dans une atmosphère avec un excès d'oxygène, il s'oxyde en sulfateou oxyde (cela dépend de la température dans le four).
Recevoir
Le sulfure de cadmium est synthétisé de plusieurs manières:
- en cas d'interaction avec des vapeurs de cadmium et de soufre;
- dans la réaction de composés organosoufrés et contenant du cadmium;
- précipitation de la solution sous l'influence de H2S ou Na2S.
Les films basés sur cette substance sont réalisés à l'aide de méthodes spéciales:
- par précipitation chimique en utilisant du thiocarbamide comme source d'anions sulfure;
- pulvérisation suivie de pyrolyse;
- méthode d'épitaxie par jet moléculaire, dans laquelle les cristaux sont formés sous vide;
- résultant du procédé sol-gel;
- par la méthode de pulvérisation;
- anodisation et électrophorèse;
- par méthode de sérigraphie.
Pour fabriquer le pigment, le sulfure de cadmium solide précipité est lavé, calciné pour obtenir un réseau cristallin hexagonal, puis broyé en poudre.
Demande
Les colorants à base de ce composé ont une résistance élevée à la chaleur et à la lumière. Des additifs de séléniure, de tellurure de cadmium et de sulfure de mercure permettent de changer la couleur de la poudre en vert-jaune et rouge-violet. Les pigments sont utilisés dans la fabrication de produits polymères.
Il existe d'autres utilisations pour le sulfure de cadmium:
- détecteurs (enregistreurs) de particules élémentaires, y compris gammarayonnement;
- transistors à couches minces;
- transducteurs piézoélectriques capables de fonctionner dans la bande GHz;
- fabrication de nanofils et de tubes utilisés comme marqueurs luminescents en médecine et en biologie.
Cellules solaires au sulfure de cadmium
Les panneaux solaires à couches minces sont l'une des dernières inventions en matière d'énergie alternative. Le développement de cette industrie devient de plus en plus urgent, car les réserves de minerais servant à produire de l'électricité s'épuisent rapidement. Les avantages des cellules solaires au sulfure de cadmium sont les suivants:
- diminution des coûts des matériaux lors de leur fabrication;
- augmenter l'efficacité de la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique (de 8 % pour les types de batteries traditionnels à 15 % pour les CdS/CdTe);
- possibilité de production d'électricité en l'absence de rayons directs et d'utilisation de batteries dans les zones brumeuses, dans les endroits à forte pollution de l'air.
Les films utilisés pour fabriquer les cellules solaires ne mesurent que 15 à 30 microns d'épaisseur. Ils ont une structure granulaire dont la taille des éléments est de 1 à 5 microns. Les scientifiques pensent que les batteries à couche mince pourraient devenir une alternative aux batteries polycristallines à l'avenir en raison de leurs conditions de fonctionnement sans prétention et de leur longue durée de vie.
