纳米材料研究开题报告

本科毕业设计(论文)开题报告题目：纳米硫化银的合成及性能研究

课题类型：实验研究

***名：***

学号： **********

专业班级：应用化学

学院：生物与化学工程学院

指导教师：

开题时间： 2011年2月

2011年 3 月 1 日

一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）

1、课题研究的意义

近年来，纳米硫化物由于其独特的物理化学性质成为一些领域的研究热点，在电磁学、光学、生物医学等领域中具有很大的潜力和应用价值备受人们关注[2]。目前硫化银纳米材料已经有许多合成的方法，但很少是以水热合成或溶剂热方法制备。通过实验可以更进一步了解纳米材料的合成方法。

在性能方面的探究会得到一些新的见解，这样有助于纳米硫化银的功能开发。同时能回收工业中废弃的Ag+离子，又能开发出新的材料，从而减少其对环境的污染。在此次课题研究中可以对自己所学的专业知识得到巩固，并且开拓了对纳米材料方面的知识，又能提高自己的实验研究技能及思维能力。

2、课题研究的内容

本实验中以水热合成法或溶剂热合成法合成二元化合物硫化银纳米晶，并对硫化银纳米晶样品进行XRD，SEM等相关表征。进一步研究温度、溶剂、表面活性剂对纳米晶尺寸、形貌的影响。建立起一种环保、安全、高效的制备多元化合物纳米晶的低温溶剂热合成技术，并对合成的纳米硫化银样品的相关性能进行研究。

水热合成或溶剂热合成方法本身简单易操作，在该实验中进一步研究其合成特性及反应条件对产品粒径大小、形态的影响；考察不同表面活性剂、硫源对产品影响；借助科学仪器寻求好的方案探索纳米硫化银分子结构，并对产品进行优化已得到更好的纳米材料；探究纳米硫化银的电学、光学、化学等方面的性能。

二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）

纳米硫化银的合成及性能研究

摘要：

本篇叙述了纳米材料应用及发展状况，目前硫化物在纳米材料中应用，阐述纳米硫化银在当下的研究进展和发展趋势。综述了水热及溶剂热合成方法以及其应用领域情况。确定纳米硫化银的制备方案，及研究方向。

关键词：纳米；硫化银；水热合成；溶剂热合成

1.引言

近年来,半导体纳米材料受到越来越广泛关注,主要原因是人们在研究中发现纳米材料存在小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应、介电受限效应、量子隧穿效应、库仑阻塞效应等基本特性,这使得纳米材料有着与常规材料不同的光、电、磁等物理性质,具有潜在的应用价值[15]。

硫化物半导体纳米材料以其新颖的光电物理性质及具有部分电子导电性能和部分离子导电性能 ,并可用作超离子导体而受到人们的关注[7]。其中硫化银半导体因其催化性质和以及有前途的光电和热电性质而令人们广泛研究. 硫化银是一种直接的窄带隙能的半导体, 并具有稳定的化学性质和极好的光学极限性质.因此,硫化银被广泛应用于光学和电学器件,如光电导元件、红外探测器以及超离子导体等方面[2]。正是由于硫化银的作用如此广泛和重要,人们在合成和表征这类材料的性质方面作了大量工作,并且其潜在应用领域也逐渐被开发出来.

2.纳米硫化银性质研究现状及发展趋势

最近, 硫化银半导体因具有很大的磁阻效应和快离子导电性而受到人们的重视, 为此, 许多用来制硫化银的技术也应运而生。

在一些文献中可以看到纳米硫化银的性质合成方法被提及。如，杨小红等人提出的半导体硫化物纳米管的研究及光学性能，发现硫化银是I—VI族的一种化学稳定性高的、窄能带半导体材料，有较好的光电、热电性能，现已被广泛应用于光电池、光电导元件、红外检测器、快离子导体等制造业[2]；林险峰的文章中提出了一个简单的、温和的条件下合成高产量的、均匀的、单分散的硫化银纳米粒子的方法，硫化银被广泛应用于光学和电学器件,如光电导元件、红外探测器以及超离子导体等方面[3]。也有对硫化银纳米材料进一步改性用于生物医学领域。

还有些文章中提出合成的新方法，而且较为简便。如葛学武提出的C射线辐射法是一种在常温常压下制备纳米材料的方法；叶寅在文章中指出的常温下制备

纳米硫化银，采用多聚甲醛还原；相关的还有微乳液法，微波辐射法等。

目前来看，硫化银纳米材料及相关的纳米硫化物很多的性能已被认可，但合成的方法不统一，在不同条件下采用不同方法制备的硫化银形貌也不一。因此在今后研究中可能寻求一类或某一种实用的制备方法来得到预期的纳米材料并将其潜在的应用价值拓展开来。主要沿着，光学特性、光电转换特性、电学特性、生物医学等方向进行研究。

应当指出的是，当前所采用的合成方法大多使用常规硫源(硫脉、硫化钠、硫代硫酸钠、硫代乙酞胺等)，产生大量的有毒难闻的硫化氢气体。因此，有必要发展适用于硫化物半导体纳米结构制备的简单、经济、有效、环境友好的方法[7]。

3.纳米材料的特异效应和性

由于材料尺寸的减小，达到纳米范围以后，会表现出许多块体材料所不具备的特殊物理效应，主要包括久保效应、小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等[16]。

由于结构上的特点及相关的特异效应，纳米材料在磁、光、电、敏感等方面呈现出一系列常规材料所不具备的新奇的物理化学特性。物理特性：热性质的变化、磁性的变化、离子导电性增加、光学性质变化、力学性能变化等；化学特性：化学反应性能提高、吸附性强、催化效率高等[16]。因此纳米微粒在光学材料、磁性材料、电子材料、高致密度材料、催化剂、传感器、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。

4纳米材料的制备方法

纳米材料的制备技术在当前纳米材料科学研究中占据极为重要的地位。其关键是控制颗粒的形态、大小和获得较窄的粒度分布，所需的设各也尽可能结构简单，易于操作。制备要求一般要达到表面洁净，粒子的形状及粒径、粒度分布可控，易于收集，有较好的热稳定性，产率高等几个方面。

纳米材料的化学合成方法主要包括：化学气相沉积法、沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、模板合成法、流变相合成法、先驱物法、水热及溶剂热法[16]。

5.水热及溶剂热合成法

本文中采用水热及溶剂热合成法来完成纳米硫化银的制备过程。从查阅的文献中来看，采用此方法来合成硫化银纳米材料甚少。

水热法是在密闭体系中，以水为溶剂，在一定的温度下，在水自身的压强下，反应混合物进行反应的一种方法。所用设备通常为不锈钢反应釜[16]。

水热法按温度可分为：

（1）低温水热法。在100 0C以下进行的水热反应。

（2）中温水热法。在100-300 0C下进行的水热反应。

（3）高温高压水热法。在300 0C 以上，0.3GPa下的水热反应。

水热合成体系一般处于非理想平衡状态，因此应该用非平衡力学研究这一类合成化学问题。在一定的温度和压力下，合成反应的溶剂处于临界或者近临界状态，反应物在溶剂中的物理和化学性能有较大的改变，使溶剂热化学反应大大不同于