硫化鋅納米材料的液相合成及其機理分析.pdf

1、納米科技是21世紀信息時代的核心,而納米材料學是納米科技的基石與核心。納米材料因電子的波動性和原子之間的相互作用受到納米尺度的影響,使其具有優(yōu)良的獨特性質(zhì),引起了廣泛關注和深入研究。
　　 納米結構的ZnS是一種直接寬帶隙半導體化合物,有低溫相的閃鋅礦(sphalerite)結構和高溫相的纖鋅礦(wurtzite)結構兩種晶體結構,閃鋅礦(立方)結構ZnS的帶隙能是3.72eV,而纖鋅礦(六方)結構為3.77eV;ZnS具有優(yōu)異

2、的光電性能,發(fā)黃、綠兩種基色光,在光電調(diào)節(jié)器、光傳導器、光感應器、光催化等光學裝置方面有著良好的應用前景,成為目前材料科學研究的熱點。本文采用水熱法和均勻沉淀法,以乙酸鋅為鋅源,分別以硫代硫酸鈉、CS2和硫脲為硫源,制備了粒度均勻、形貌規(guī)則的ZnS產(chǎn)品。
　　 (1)采用低溫水熱法,以乙酸鋅和硫代硫酸鈉為原料,十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑,在120℃下制備了分散性較好、粒子大小均勻的立方相硫化鋅微米球。結果表明,硫化鋅微球的

3、制備過程對溫度較敏感,但反應12h后,再延長反應時間對產(chǎn)品的粒徑和結晶度影響不大;表面活性劑的加入可以提高產(chǎn)品的球形度,并可改善粒子的分散性;在紅外區(qū)域內(nèi),存在Zn-S鍵的特征吸收峰。本方法制備硫化鋅的原理清晰,工藝簡單,所得產(chǎn)品質(zhì)量較高,具有很高的現(xiàn)實應用性。
　　 (2)在較低溫度下,以兩親分子十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑,利用乙酸鋅和CS2、乙二胺的乙醇溶液,采用均勻沉淀法,合成了納米空心球結構的ZnS產(chǎn)品,空心球直徑

4、為100nm,壁厚為30nm。產(chǎn)品為立方相結構,純度較高,粒子大小均勻,粒度分布較窄:產(chǎn)品在1132cm-1、655cm-1處現(xiàn)在Zn-S的紅外特征吸收峰;ZnS納米空心球在226nm處出現(xiàn)一強紫外吸收峰,與塊體材料相比有118nm的藍移,體現(xiàn)了ZnS產(chǎn)品的量子尺寸效應;中間產(chǎn)物H2S氣體不僅提供硫源,而且作為反應的軟模板,粒子圍繞軟模板的定向堆積形成空心球結構的ZnS產(chǎn)品;分析了ZnS空心球形成過程中反應時間、反應溫度和攪拌速度等因素

5、對產(chǎn)品形貌的影響,發(fā)現(xiàn)在50℃下低速攪拌恒溫反應2h為該實驗中ZnS納米空心球較優(yōu)的合成條件。
　　 (3)以乙酸鋅和硫脲為原料,采用水熱法在較低溫度下合成了實心球結構的立方相ZnS,產(chǎn)品結晶度高、粒度分布較窄;同時以硝酸銀為摻雜劑,在相同條件下合成了Ag摻雜的ZnS微球(ZnS:Ag)。結果顯示,摻雜可細化ZnS:Ag晶粒,獲得較大粒徑的ZnS:Ag產(chǎn)品;摻雜產(chǎn)品ZnS:Ag在613cm-1處出現(xiàn)Ag-S化合鍵的紅外特征吸收峰