Сульфид кадмия – неорганическое соединение формулы CdS. Сульфид кадмия — желтая соль. [4] Он встречается в природе с двумя различными кристаллическими структурами, такими как редкие минералы гринокит и хаулейит , но более распространен в качестве примесного заместителя в сходно структурированных цинковых рудах сфалерите и вюрците , которые являются основными экономическими источниками кадмия. Как соединение, которое легко выделить и очистить, оно является основным источником кадмия для всех коммерческих применений. [4] Его яркий желтый цвет привел к его использованию в качестве пигмента для желтой краски «желтый кадмий» в 1800-х годах.
Производство
Сульфид кадмия можно получить осаждением растворимых солей кадмия (II) сульфид-ионом. Эту реакцию использовали для гравиметрического анализа и качественного неорганического анализа . [5] Способ приготовления и последующая обработка продукта влияют на получаемую полиморфную форму (т. е. кубическую или шестиугольную). Утверждалось, что методы химического осаждения приводят к образованию кубической формы цинковой обманки . [6]
Производство пигментов обычно включает осаждение CdS, промывку твердого осадка от растворимых солей кадмия с последующим прокаливанием (обжигом) для придания ему гексагональной формы с последующим измельчением до получения порошка. [7] Когда требуются селениды сульфида кадмия, CdSe осаждается совместно с CdS, и сульфоселенид кадмия образуется на стадии прокаливания. [7]
Сульфид кадмия иногда связывают с сульфатредуцирующими бактериями. [8] [9]
Пути получения тонких пленок CdS
Специальные методы используются для производства пленок CdS в качестве компонентов некоторых фоторезисторов и солнечных элементов. Методом химического осаждения в ванне были получены тонкие пленки CdS с использованием тиомочевины в качестве источника сульфид-анионов и аммониевого буферного раствора для контроля pH: [10]
Cd 2+ + H 2 O + (NH 2 ) 2 CS + 2 NH 3 → CdS + (NH 2 ) 2 CO + 2 NH 4 +
Предлагаемый механизм включает пары электронов/дырок, образующиеся при поглощении падающего света сульфидом кадмия [19] с последующей их реакцией с водой и сульфидом: [18]
Сульфид кадмия, как и сульфид цинка , имеет две кристаллические формы. Более стабильная гексагональная структура вюрцита (обнаружена в минерале Гриноките ) и кубическая структура цинковой обманки (обнаружена в минерале Хоулейите ). В обеих этих формах атомы кадмия и серы четырехкоординатны. [20] Существует также форма высокого давления со структурой каменной соли NaCl. [20]
Сульфид кадмия представляет собой полупроводник с прямой запрещенной зоной (щель 2,42 эВ ). [19] Близость запрещенной зоны к длинам волн видимого света придает ему цветной вид. [4] Помимо этого очевидного свойства, возникают и другие свойства:
проводимость увеличивается при облучении [19] (что приводит к использованию в качестве фоторезистора )
в сочетании с полупроводником p-типа он образует основной компонент фотоэлектрического ( солнечного ) элемента, а солнечный элемент CdS/Cu 2 S был одним из первых эффективных элементов, о которых сообщалось (1954 г.) [21] [22]
Кристаллы CdS могут выступать в качестве усиливающей среды в твердотельном лазере [26] [27]
В виде тонкой пленки CdS можно комбинировать с другими слоями для использования в определенных типах солнечных элементов. [28] CdS также был одним из первых полупроводниковых материалов, которые использовались для тонкопленочных транзисторов (TFT). [29] Однако интерес к составным полупроводникам для TFT в значительной степени ослаб после появления технологии аморфного кремния в конце 1970-х годов.
Тонкие пленки CdS могут быть пьезоэлектрическими и использоваться в качестве преобразователей, которые могут работать на частотах в диапазоне ГГц.
Наноленты CdS демонстрируют общее охлаждение из-за аннигиляции фононов во время антистоксовой люминесценции при ~ 510 нм. В результате было продемонстрировано максимальное падение температуры на 40 и 15 К при накачке нанолент лазером с длиной волны 514 или 532 нм. [30]
Приложения
Пигмент
Желтый сульфид кадмия-пигмент
CdS используется в качестве пигмента в пластмассах, демонстрируя хорошую термическую стабильность, устойчивость к свету и погодным условиям, химическую стойкость и высокую непрозрачность. [7] В качестве пигмента CdS известен как желтый кадмий (пигмент CI желтый 37). [4] [31] Около 2000 тонн производится ежегодно по состоянию на 1982 год, что составляет около 25% кадмия, перерабатываемого в коммерческих целях. [32]
Историческое использование в искусстве
Общая коммерческая доступность сульфида кадмия с 1840-х годов привела к его использованию художниками, особенно Ван Гогом , Моне (в его лондонской серии и других работах) и Матиссом ( «Купальщицы у реки», 1916–1919). [33] Наличие кадмия в красках использовалось для обнаружения подделок на картинах, предположительно созданных до 19 века. [34]
Решения CdS-CdSe
CdS и CdSe образуют друг с другом твердые растворы. Увеличение количества селенида кадмия дает пигменты, приближающиеся к красному, например пигмент CI оранжевый 20 и пигмент CI красный 108. [31] Такие твердые растворы являются компонентами фоторезисторов (светозависимых резисторов), чувствительных к видимому и ближнему инфракрасному свету. [ нужна ссылка ]
^ Ларри Л. Бартон 1995 Сульфатвосстанавливающие бактерии, Springer, ISBN 0-306-44857-2
^ Суини, Розамонд Ю.; Мао, Чуаньбинь; Гао, Сяося; Берт, Джастин Л.; Белчер, Анджела М.; Георгиу, Джордж; Айверсон, Брент Л. (2004). «Бактериальный биосинтез нанокристаллов сульфида кадмия». Химия и биология . 11 (11): 1553–9. doi : 10.1016/j.chembiol.2004.08.022 . ПМИД 15556006.
^ Оладеджи, ИО; Чоу, Л. (1997). «Оптимизация сульфида кадмия, осажденного в химической ванне». Дж. Электрохим. Соц . 144 (7): 7. CiteSeerX 10.1.1.563.1643 . дои : 10.1149/1.1837815.
^ Уда, Х; Ёнезава, Х; Оцубо, Ю; Косака, М; Сономура, Х (2003). «Тонкие пленки CdS, полученные методом химического осаждения из паровой фазы металлорганических соединений». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 75 (1–2): 219. Бибкод : 2003SEMSC..75..219U. дои : 10.1016/S0927-0248(02)00163-0.
^ Рейсфельд, Р. (2002). «Наноразмерные полупроводниковые частицы в стеклах, полученных золь-гель-методом: их оптические свойства и возможности использования». Журнал сплавов и соединений . 341 (1–2): 56. doi :10.1016/S0925-8388(02)00059-2.
^ Луна, Б; Ли, Дж; Юнг, Х (2006). «Сравнительные исследования свойств пленок CdS, нанесенных на различные подложки методом радиочастотного распыления». Тонкие твердые пленки . 511–512: 299. Бибкод : 2006TSF...511..299M. дои : 10.1016/j.tsf.2005.11.080.
^ Гото, Ф; Сираи, Кацунори; Ичимура, Масая (1998). «Уменьшение дефектов в электрохимически осажденных тонких пленках CdS путем отжига в O 2 ». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 50 (1–4): 147. doi : 10.1016/S0927-0248(97)00136-0.
^ Патент США 4086101 Фотоэлектрические элементы, Дж. Ф. Джордан, К. М. Лэмпкин. Дата выдачи: 25 апреля 1978 г.
^ Патент США 3 208 022 , Высокопроизводительный фоторезистор, Ю. Т. Сихвонен, дата выдачи: 21 сентября 1965 г.
^ Ванроой, PHP; Агарвал, США; Мелдейк, Дж.; Кастерен, фургон JMN; Лемстра, П.Дж. (2006). «Извлечение пигмента CdS из отходов полиэтилена». Журнал прикладной науки о полимерах . 100 (2): 1024. doi :10.1002/app.22962.
^ ab Марио Скьявелло (1985) Фотоэлектрохимия, фотокатализ и фотореакторы: основы и разработки Springer ISBN 90-277-1946-2
^ abc Д. Линкот, Гэри Ходс. Осаждение полупроводниковых и неметаллических пленок химическим раствором: материалы международного симпозиума Электрохимическое общество, 2006 ISBN 1-56677-433-0
^ ab Wells AF (1984) Структурная неорганическая химия, 5-е издание, ISBN Oxford Science Publications 0-19-855370-6
^ Антонио Луке , Стивен Хегедус, (2003), Справочник по фотоэлектрической науке и технике John Wiley and Sons ISBN 0-471-49196-9
^ Рейнольдс, Д.; Лейс, Г.; Антес, Л.; Марбургер, Р. (1954). «Фотоэлектрический эффект в сульфиде кадмия». Физический обзор . 96 (2): 533. Бибкод : 1954PhRv...96..533R. doi : 10.1103/PhysRev.96.533.
^ К. Фуасье (1994), Люминесценция в энциклопедии неорганической химии, John Wiley & Sons ISBN 0-471-93620-0
^ Акимов Ю А; Буров А.А.; Дрожбин Ю А; Коваленко В.А.; Козлов С.Е.; Крюкова, ИВ; Родиченко Г.В.; Степанов Б.М.; Яковлев, В.А. (1972). «КГП-2: Лазер на сульфиде кадмия с электронно-лучевой накачкой». Советский журнал квантовой электроники . 2 (3): 284. Бибкод : 1972QuEle...2..284A. doi : 10.1070/QE1972v002n03ABEH004443.
^ Агарвал, Ритеш; Баррелет, Карл Дж.; Либер, Чарльз М. (2005). «Лазировка в оптических резонаторах из одиночных нанопроволок сульфида кадмия». Нано-буквы . 5 (5): 917–920. arXiv : cond-mat/0412144v1 . Бибкод : 2005NanoL...5..917A. дои : 10.1021/nl050440u. PMID 15884894. S2CID 651903.
^ Чжао, Х.; Фара, Альви; Морель, Д.; Ферекидес, CS (2009). «Влияние примесей на легирование и летучие органические соединения тонкопленочных солнечных элементов Cd Te /CDS». Тонкие твердые пленки . 517 (7): 2365–2369. Бибкод : 2009TSF...517.2365Z. дои :10.1016/j.tsf.2008.11.041.
^ Веймер, Пол (1962). «TFT — новый тонкопленочный транзистор». Труды ИРЭ . 50 (6): 1462–1469. doi : 10.1109/JRPROC.1962.288190. S2CID 51650159.
↑ Чжан, июнь (24 января 2013 г.). «Лазерное охлаждение полупроводника на 40 кельвинов». Природа . 493 (7433): 504–508. Бибкод : 2013Natur.493..504Z. дои : 10.1038/nature11721. PMID 23344360. S2CID 4426843.
^ ab RM Christie 2001 Цветовая химия, стр. 2001. 155 ISBN Королевского химического общества 0-85404-573-2
^ Карл-Хайнц Шульте-Шреппинг, Магнус Пискатор «Кадмий и соединения кадмия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2007 Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a04_499.
^ Сидни Перковиц, 1998, Империя света: история открытий в науке и искусстве Джозеф Генри Пресс, ISBN 0-309-06556-9
^ В. Стэнли Тафт, Джеймс В. Майер, Ричард Ньюман, Питер Кунихольм, Душан Стулик (2000) Наука о живописи, Springer, ISBN 0-387-98722-3
^ «CDC - СУЛЬФИД КАДМИЯ - Международные карты химической безопасности - NIOSH» . 26 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 26 июня 2018 г.
^ Бьорнберг, А (сентябрь 1963 г.). «Реакция на свет в желтых татуировках из сульфида кадмия». Арч Дерматол . 88 (3): 267–71. doi : 10.1001/archderm.1963.01590210025003. ПМИД 14043617.
^ "Sicherheitsdatenblatt" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 июля 2015 года.
Внешние ссылки
Викискладе есть медиафайлы по теме сульфида кадмия .
Информация о сульфиде кадмия (II) на Webelements
Монография МАИР: «Кадмий и соединения кадмия». Последний доступ: ноябрь 2005 г.
Международная карта химической безопасности 0404
Национальный реестр загрязнителей – кадмий и его соединения
Оборонный Интернет | О защите | Испытания дисперсии сульфида цинка-кадмия Отчет Академии медицинских наук главному научному советнику Министерства обороны об испытаниях дисперсии сульфида цинка-кадмия, проведенных в Соединенном Королевстве в период с 1953 по 1964 год.