硫化锌纳米材料制备及展望

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论文题目：硫化锌纳米材料制备方法及展望

班级：12级化工二班

院系：化学化工学院

学号：121170243

姓名：孙明华

指导老师：曹可生

硫化锌纳米材料制备方法及展望

学号：121170243 姓名：孙明华专业：化学工程与工艺年级：12级班级：化工（2）班摘要：对硫化锌纳米材料的研究进行了综述，阐述了Zns纳米材料的制备方法研究现状和发展前景，并对这些方法和成果进行了比较。

关键词:纳米材料，制备方法，前景展望

ZnS作为一种重要的宽带隙半导体材料，具有一些独特的电学、荧光和光化学性能，在平面显示器，电致发光器件，红外窗口，发光二极管，激光器，光学涂料，光电调节器，光敏电阻，场效应晶体管，传感器，光催化等许多领域有着广泛的应用前景。当ZnS 粒子的粒径尺寸小于它的激子的波尔半径时，就会呈现出明显的量子尺寸效应，同时它的光电性能也会随着尺寸和形貌的变化而变化。近年来，纳米级结构的ZnS特别是准一维纳米结构的研究，受到材料科学家的广泛关注，关于ZnS 纳米结构的制备、形态结构、性质及应用等方面开展了广泛研究，出现了多种不同的制备技术。制备方法主要有水热（溶剂热）法，界面合成法，辐射合成法，聚合物网络合成法，模板技术，等，并用这些方法合成了均匀一致的ZnS纳米棒，纳米线纳米带和纳米管。溶剂热方法是一种制备无机纳米材料( 如氧化物、硫化物、磷酸盐、沸石、金刚石等) 的有效方法。因此采用溶剂热法合成具有高度有序和很高的长径比的ZnS纳米结构阵列，对此进行深入研究不仅具有重大的理论意义，而且具有巨大的潜在应用价值。

1.水热( 溶剂热) 法简介

水热( 溶剂热) 法是指在高温、高压反应环境中，以水( 有机溶剂) 为反应介质，使通常难溶或不溶的物质溶解并进行重结晶。通过水热反应可以完成某些有机反应或对一些危害人类生存环境的有机废弃物进行处理以及在相对较低的温度下完成某些陶瓷材料的烧结等。水热法具有反应条件温和、污染小、成本较低、易于商业化、产物结晶好、团聚少、纯度高及可通过调节反应温度、压力、溶液成分和pH 等因素来达到有效地控制反应和晶体生长的目的等特点。

１．1 水热法

水热法是指在密封压力容器的高温高压环境中，以水作为反应介质，制备研究材料的一种方法。低温（温度在２５～２００℃之间）水热合成反应更加受到人们的青睐，即可得到处于非平衡状态的介稳相物质[1]，又可使反应温度较低有利于产品的大规模工业生产。

在水热条件下，水既是溶剂，又是矿化的促进剂，同时还是压力传递的媒介物。与其它湿化学方法相比，主要具有以下两方面优越之处：（１）水热法避免了高温处理而可直接得到结晶良好的粉体，工艺简单，不易团聚等。研究表明，制备出的粒子形状规则且粒度分布窄、纯度高、分散性好、晶型好且可控制、生产成本低。（２）产物的形貌、晶相及纯度与水热反应条件有很大的相关性，可以通过改变反应条件来对产物的这些性质进行调控。

YU W等首先在铜板上镀锌晶种，然后采用简单的水热法在纳米晶锌层上通过醋酸锌和硫脲反应合成了ZnS纳米阵列。实验表明纳米晶锌不仅是水热反应的晶种，而且作为反应物提供硫离子，具有很高的活性。尤其是水热反应在95℃低温和1ｈ短时间条件下完成的，操作简单方便。而且这样制备出的Zns纳米棒具有形貌整齐、长径比高等特点，给未来场致发射的应用带来了很大的潜能。

水热法合成ZnS的实验中，TEM图像显示，表面光滑的Zns纳米棒直径大约20nm，长径比也较高。由选区电子衍射（SATD）图可以得出，在Zns纳米棒上聚焦电子束显示出散布的环，证明ZnS纳米棒是多晶的。TEM图像表明六边形的CuS纳米盘有２个主要的方向，一个是在平的基底上，另一个是垂直于基底。

１.２溶剂热法

虽然水热法有许多优点，但也有其自身局限性，最明显的就是只能用于氧化物或少数硫化物的制备，这一问题的存在使得非水溶剂反应和溶剂热合成技术应运而生。溶剂热反应是水热反应的发展，它与水热反应的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水。在溶剂热反应中，一种或几种前驱体溶解在非水溶剂中，在液相或超临界条件下，反应物分散在溶液中并且变的比较活泼，反应发生，产物缓慢生成。该过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，且产物的分散性较好。在溶剂热条件下，溶剂的性质（密度、黏度、分散作用）相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大。相应的，反应物（通常是固体）的溶解、分散及化学反应活性大大的提高或增强，这就使得反应能够在较低的温度下发生。

Thongtemt等在水合乙醇和甲酸作为pH 稳定剂，并包含了不同分子量不同量聚乙二醇的混合溶剂中，通过ＣｕＣｌ２·２Ｈ２Ｏ和（ＮＨ４）２Ｓ２００℃热溶液反应成功合成了六边形的ＣｕＳ。

１.３辐射化学合成法

辐射化学合成法是电离辐射使水溶液或其它溶液生成了溶剂化电子，在这样的反应体系中不需要使用还原剂就可还原金属离子，降低其化合价，经成核生长形成产物颗粒。目前主要的辐射源为γ－射线和紫外线。具有可在常温常压条件下，产物粒度大小可控，制备周期短等优点，还避免对环境造成污染。

１.４溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料，且从合成的初始阶段就可控制在纳米尺度，但由于成本相对较高，在应用上也比较局限。陈平清等采用溶胶－凝胶法成功的在ZnS荧光粉表面包覆ＴｉＯ２薄膜。ZnS荧光粉表面包覆了一层厚度约５ｎｍ的ＴｉＯ２薄膜，该薄膜整体连续性较好，分布较为均匀，且包覆过程对荧光粉的晶型及结晶度无影响，而包覆膜对ZnS的吸光度略有屏蔽且发光强度也有所降低。

１.５化学沉淀法

化学沉淀法属于液相法的一种。向废水中投加某些化学物质，使它和废水中欲去除的污染物发生直接的化学反应，生成难溶于水的沉淀物而使污染物分离除去的方法。缺点是纯度较低，且颗粒粒径较大。

ＺｈｏｕＬｉｍｅｉ等用硫酸锌、硫脲和氨水通过化学沉积法只改变硫酸锌浓度成功制备了ZnS薄膜。实验表明，氨水在整个过程中对ZnS薄膜的透射性、同质性、结晶等性能起到了非常重要的作用。

１.６自组装技术

自组装就是利用分子间的氢键、静电力以及疏水作用等相互作用，组装成有序的纳米结构。利用自组装技术，可以在分子水平上控制粒子的形状、尺寸、取向和结构。自组装技术简便易行，无需特殊装置。ＭｅｌｄｒｕｍＦＣ等通过生长单层自组装模板成功制备了ＰｂＳ和ZnS晶体的图案阵列。

１.７电化学技术

电沉积技术越来越成为人们关注的焦点，因为电沉积纳米材料具有以下优点：①多种类纳米晶金属、合金及复合材料都适合用此方法制备；②结晶过程的过电位容易控制，计算机监控，常温常压操作、困难小、工艺灵活，易于实验室向工业现场转变；③电沉积易在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。因此，利用电沉积技术制备纳米材料有着较