황화 카드뮴

3. 성질

황화 카드뮴은 산에 녹는다.^[17]

:CdS + 2 HCl → CdCl₂ + H₂S

황화물을 포함하며 분산된 CdS 입자가 있는 용액에 빛을 쪼이면 수소 기체가 발생한다.^[18]

:H₂S → H₂ + S Δ_f''H'' = +9.4 kcal/mol

이 반응의 메커니즘에서, 입사광이 황화 카드뮴에 흡수되면 전자-정공 쌍^[1]이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 물 및 황화물과 반응한다.^[1]

:전자-정공 쌍 생성

::CdS + ''hν'' → e⁻ + h⁺

:전자 반응

::2e⁻ + 2H₂O → H₂ + 2OH⁻

:정공 반응

::2h⁺ + S²⁻ → S

3. 1. 구조 및 물리적 성질

• 조사 시 전도도가 증가한다.^[1] (광저항으로 사용되는 이유)
• p형 반도체와 결합하면 광전지(태양 전지)의 핵심 구성 요소를 형성하며, CdS/Cu₂S 태양 전지는 효율적인 전지 중 하나로 처음 보고된 것 중 하나이다(1954).^[21][22]
• Cu⁺(활성제) 및 Al³⁺("공활성제")로 도핑되면 전자빔 여기( 음극선발광) 하에 발광하며 인광체로 사용된다.^[23]
• 두 가지 다형질이성체 모두 압전성을 가지며, 육방정계는 압전성도 있다.^[24]
• 전기발광^[25]
• CdS 결정은 고체 레이저의 이득 매질 역할을 할 수 있다.^[26][27]
• 박막 형태의 CdS는 다른 층과 결합하여 특정 유형의 태양 전지에 사용될 수 있다.^[28] CdS는 또한 박막 트랜지스터(TFT)에 사용된 최초의 반도체 재료 중 하나였다.^[29]
• CdS 박막은 압전성을 가질 수 있으며 GHz 영역의 주파수에서 작동할 수 있는 트랜스듀서로 사용되어 왔다.
• CdS 나노리본은 ~510 nm에서 반스톡스 발광 중 포논 소멸로 인해 순냉각을 보인다.

3. 2. 화학적 성질

4. 응용

황화 카드뮴은 카드뮴 옐로우(CI 안료 옐로우 37)로 알려진 안료로 널리 사용되며, 플라스틱에서 안정성, 내광성, 내후성, 내화학성 및 높은 불투명도를 제공한다.^[1] 1982년 기준으로 연간 2000ton이 생산되었으며, 이는 상업적으로 처리되는 카드뮴의 약 25%를 차지한다.^[32] 셀렌화 카드뮴과의 고용액을 통해 붉은색 계열의 안료(CI 안료 오렌지 20, CI 안료 레드 108)를 생성할 수 있다.^[1]

• 광저항^[1]
• p형 반도체와 결합하여 광전지(태양 전지)의 핵심 구성 요소 형성^[21][22]
• 활성제(Cu⁺) 및 도핑된 공활성제(Al³⁺)는 인광체로 사용^[23]
• 다형질이성체는 압전성을 가짐^[24]
• 전기발광^[25]
• 고체 레이저의 이득 매질^[26][27]
• CdS 나노리본은 순냉각 효과

4. 1. 안료

4. 2. 광전자 소자

4. 3. 기타 응용

• 광저항으로 사용된다.(조사 시 전도도가 증가)^[1]
• p형 반도체와 결합하면 광전지(태양 전지)의 핵심 구성 요소를 형성하며, CdS/Cu₂S 태양 전지는 효율적인 전지 중 하나로 처음 보고된 것 중 하나이다(1954).^[21][22]
• 활성제(Cu⁺) 및 도핑된 공활성제(Al³⁺)는 전자빔 여기(음극선발광) 하에 발광하며 인광체로 사용된다.^[23]
• 두 가지 다형질이성체 모두 압전성을 가지며, 육방정계는 압전성도 있다.^[24]
• 전기발광^[25]
• CdS 결정은 고체 레이저의 이득 매질 역할을 할 수 있다.^[26][27]
• 박막 형태의 CdS는 다른 층과 결합하여 특정 유형의 태양 전지에 사용될 수 있다.^[28] CdS는 또한 박막 트랜지스터(TFT)에 사용된 최초의 반도체 재료 중 하나였다.^[29] 그러나 1970년대 후반 비정질 실리콘 기술이 등장한 후 TFT용 화합물 반도체에 대한 관심은 크게 줄었다.
• CdS 박막은 압전성을 가질 수 있으며 GHz 영역의 주파수에서 작동할 수 있는 트랜스듀서로 사용되어 왔다.
• CdS 나노리본은 ~510 nm에서 반스톡스 발광 중 포논 소멸로 인해 순냉각을 보인다. 결과적으로 나노리본을 514 또는 532 nm 레이저로 펌핑할 때 최대 40K 및 15K의 온도 강하가 입증되었다.^[30]

4. 4. 과거 예술 분야에서의 활용

5. 안전성

황화 카드뮴은 독성이 있으며, 특히 먼지 형태로 흡입될 경우 매우 위험하다. 일반적으로 카드뮴 화합물은 발암성 물질로 분류된다.^[35] 황화 카드뮴이 문신의 색소로 사용될 때 생체 적합성 문제가 보고되었다.^[36] 쥐에 대한 LD₅₀은 약 7080mg/kg으로, 낮은 용해도 때문에 다른 카드뮴 화합물보다 높다.^[37]

참조

_[1] 서적 Handbook of Chemistry and Physics CRC Press
_[2] 서적 Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company
_[3] PGCH
_[4] 서적 Inorganic Chemistry https://books.google[...] Elsevier
_[5] 서적 The Chemical Analysis of Steel-Works' Materials Read Books
_[6] 서적 Handbook of Infrared Optical Materials CRC Press
_[7] 서적 High Performance Pigments Wiley-VCH
_[8] 서적 Sulfate reducing bacteria https://books.google[...] Springer
_[9] 학술지 Bacterial Biosynthesis of Cadmium Sulfide Nanocrystals
_[10] 학술지 Optimization of Chemical Bath Deposited Cadmium Sulfide
_[11] 논문 Thin CdS films prepared by metalorganic chemical vapor deposition
_[12] 논문 Nanosized semiconductor particles in glasses prepared by the sol–gel method: their optical properties and potential uses
_[13] 논문 Comparative studies of the properties of CdS films deposited on different substrates by R.F. sputtering
_[14] 논문 Defect reduction in electrochemically deposited CdS thin films by annealing in O_2
[15] 특허 Photovoltaic cells 1978-04-25
_[16] 특허 High performance photoresistor 1965-09-21
_[17] 논문 Extraction of CdS pigment from waste polyethylene
_[18] 서적 Photoelectrochemistry, Photocatalysis, and Photoreactors: Fundamentals and Developments Springer
_[19] 서적 Structural Inorganic Chemistry Oxford Science Publications
_[20] 서적 Chemical Solution Deposition of Semiconducting and Non-Metallic Films: Proceedings of the International Symposium https://books.google[...] The Electrochemical Society
_[21] 서적 Handbook of Photovoltaic Science and Engineering https://books.google[...] John Wiley and Sons
_[22] 논문 Photovoltaic Effect in Cadmium Sulfide
_[23] 서적 Luminescence John Wiley & Sons
_[24] 논문 Temperature Dependence of the Pyroelectric Effect in Cadmium Sulfide
_[25] 논문 Low-Field Electroluminescence in Insulating Crystals of Cadmium Sulfide
_[26] 논문 KGP-2: An Electron-Beam-Pumped Cadmium Sulfide Laser
_[27] 논문 Lasing in Single Cadmium Sulfide Nanowire Optical Cavities
_[28] 논문 The effect of impurities on the doping and VOC of Cd Te/CDS thin film solar cells
_[29] 논문 The TFT A New Thin-Film Transistor
_[30] 논문 Laser cooling of a semiconductor by 40 kelvin. 2013-01-24
_[31] 서적 Colour Chemistry https://books.google[...] Royal Society of Chemistry
_[32] 논문 Cadmium and Cadmium Compounds Wiley-VCH
_[33] 서적 Empire of Light: A History of Discovery in Science and Art https://books.google[...] Joseph Henry Press
_[34] 서적 The Science of Paintings https://books.google[...] Springer
_[35] 웹사이트 CDC - CADMIUM SULFIDE - International Chemical Safety Cards - NIOSH https://www.cdc.gov/[...] 2018-06-26
_[36] 학술지 Reactions to light in yellow tattoos from cadmium sulfide 1963-09
_[37] 웹사이트 Sicherheitsdatenblatt http://www.alfa.com/[...]
_[38] 서적 Handbook of Chemistry and Physics https://archive.org/[...] CRC Press
_[39] 서적 Chemical Principles 6th Ed. https://archive.org/[...] Houghton Mifflin Company
_[40] PGCH