硫化鋅納米材料的液相合成及其機(jī)理分析.pdf

1、納米科技是21世紀(jì)信息時(shí)代的核心,而納米材料學(xué)是納米科技的基石與核心。納米材料因電子的波動(dòng)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(dú)特性質(zhì),引起了廣泛關(guān)注和深入研究。
　　 納米結(jié)構(gòu)的ZnS是一種直接寬帶隙半導(dǎo)體化合物,有低溫相的閃鋅礦(sphalerite)結(jié)構(gòu)和高溫相的纖鋅礦(wurtzite)結(jié)構(gòu)兩種晶體結(jié)構(gòu),閃鋅礦(立方)結(jié)構(gòu)ZnS的帶隙能是3.72eV,而纖鋅礦(六方)結(jié)構(gòu)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(dǎo)器、光感應(yīng)器、光催化等光學(xué)裝置方面有著良好的應(yīng)用前景,成為目前材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。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(jié)果表明,硫化鋅微球的

3、制備過程對溫度較敏感,但反應(yīng)12h后,再延長反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)品的粒徑和結(jié)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(shí)應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),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(qiáng)紫外吸收峰,與塊體材料相比有118nm的藍(lán)移,體現(xiàn)了ZnS產(chǎn)品的量子尺寸效應(yīng);中間產(chǎn)物H2S氣體不僅提供硫源,而且作為反應(yīng)的軟模板,粒子圍繞軟模板的定向堆積形成空心球結(jié)構(gòu)的ZnS產(chǎn)品;分析了ZnS空心球形成過程中反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)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(yīng)2h為該實(shí)驗(yàn)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(shí)心球結(jié)構(gòu)的立方相ZnS,產(chǎn)品結(jié)晶度高、粒度分布較窄;同時(shí)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(jié)果顯示,摻雜可細(xì)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