1、納米硫化鋅的研究進展一、納米ZnS的特點 硫化鋅作為一類直接寬帶隙半導體材料, 在國防軍工、電子工業、化學化工等諸多領域都有著極為重要的應用。納米硫化鋅的光學性能、電學性能、紅外性能和著色性能則更加優異, 在光致發光、電致發光、磷光體、紅外窗口材料、光電催化、傳感器等方面顯示出巨大的應用潛力。二、納米硫化鋅的合成 固相法 液相法 氣相法1 固相法 固相法是指用合適的鋅鹽和硫化物研細后直接混合，在研磨等機械作用下發生固相化學反應，進而制得硫化鋅的方法。該方法的突出特點是操作方便,合成工藝簡單,轉化率高,粒徑均勻,且粒度可控，污染少, 可避免或減少液相中易出現的硬團聚現象,以及由中間步驟和高溫反應

2、引起的粒子團聚現象。2 液相法 液相法主要有微乳法(或反膠束法)、乳狀液法、水熱合成法、均勻沉淀法、溶膠凝膠法等，液相法生成的納米顆粒具有粒徑細小、化學組成和粒徑大小易于控制等特點。均相沉淀法 均相沉淀法是利用某一化學反應使溶液中的構晶離子由溶液中緩慢均勻地產生出來的方法。這種方法避免了直接添加沉淀劑而產生的體系局部溶度不均勻現象，使過飽和度維持在適當范圍內，制得粒度均勻的納米粉體。實驗采用硫代乙酰胺(TAA) 作為硫源,TAA水溶液在酸性和一定溫度下水解,均勻地釋放出H2S，硫酸鋅作鋅源合成出平均粒徑40-50 nm 的納米ZnS。水熱法 水熱法是指在高壓釜中,采用水溶液或有機溶劑作為反應體

3、系,通過將反應體系加熱到臨界溫度,在反應體系中產生高壓環境而進行無機合成與材料制備的一種有效方法。實驗在密閉高壓釜中加入硫代硫酸鈉和涂有鋅的箔片，采用乙醇胺為溶劑，在150條件下反 應15h ，經洗滌干燥后可得ZnS納米鏈球。乳液法 乳液法是指兩種互不相溶的液體，在一定量的乳化劑存在下，一相(如水)以微液滴狀形式分散在另一相(如油)中所形成的體系。實驗以正庚烷為油相,ZnCl2 和硫代乙酰胺水溶液為水相, 以山梨糖醇酐脂酸、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯為復合型表面活性劑,采用乳液法制備了10-30 nm 納米ZnS。高分子模板法 高分子模板法是指以高分子聚合物為模板控制材料成核、長大和形狀，制得納

4、米材料的方法，該方法的特點可以合成更多特殊形態的納米粒子。實驗以3.5 代端酯基PAMAM 樹形分子(G3.5-COOCH3)為模板, 用氯化鋅、硫代乙酰胺在低溫下成功制備了納米硫化鋅空心球，空心球的直徑大都在80 -100 nm 范圍，殼層的厚度約為20-30 nm。溶膠- 凝膠法 溶膠凝膠法是采用金屬有機化合物為前驅體，經過化合或水解、縮聚而成溶膠、凝膠，再經干燥、研磨形成粉體的方法。該方法具有產品純度高，均勻性好等優點。實驗用叔丁醇鋅溶于甲苯作為前驅體，在室溫下通入H2S，得到淡黃色的凝膠，加熱干燥制備出納米ZnS 粉體。反相膠束法 油包水微乳液中反相膠束的微液滴是一種特殊的納米空間。該

5、體系熱力學穩定，適當條件下具有保持穩定尺寸的能力，即自組裝特性。以此為反應場，進行各種特定的反應，可以制得納米級粒子。實驗用硫化鈉溶液和硝酸鋅溶液分別加入適量的GSG 并加入油相正己/ 庚烷，在磁力攪拌下再加入一定量助表面活性劑正丁醇形成均勻透明的反膠團溶液，將兩種反膠團溶液混合攪拌，經過洗滌干燥得到納米ZnS 粉體。3 氣相法 氣相聚集或氣相沉積法是制備納米顆粒的一種常用方法。該方法是在低壓He、Ar 等惰性氣氛中加熱蒸發所需原料，蒸發的原子或分子在惰性氣體原子碰撞等作用下失去動能，進而聚集成一定尺寸的納米晶粒。實驗在Ar氣流中利用磁電管濺射制得ZnS 納米晶薄膜，膜厚為1040 nm。三、

6、納米ZnS表征方法（以超重力反應結晶法為例）1 XRD分析 衍射角2= 19. 7表征了產物表面有機修飾物的存在; 2角為28.2、47. 7、57. 0處分別為閃鋅礦-ZnS的(111)、(220) 和(311) 面的衍射角。因此認為超重力反應結晶法制備的納米硫化鋅具有明顯的體立方相結構。2 TEM分析 從電鏡照片分析可知, 產品粒子成球形, 分散性較好, 團聚現象不明顯。在幾張不同區域攝取的電鏡照片中選出約200個有代表性的粒子測量粒徑, 通過計算可知該樣品平均粒徑為42nm。3 XPS分析 右圖是在Mg KX射線激發條件下測得的硫化鋅樣品的S(2p)和Zn(2p) 的XPS光譜, 以脂肪

7、酸中C(1s)作為標準進行荷電校正。(a) 表明S(2p) 的電子結合能為162.6eV, (b) 表明Zn的2p3/ 2 和2p1/ 2 的電子結合能分別是1021.4和1044.6eV。與文獻值基本一致。4 UV-Vis分析 右圖為納米硫化鋅粉末樣品的紫外吸收譜圖。由右圖可知, 硫化鋅在200340nm波長范圍內對紫外光有較強吸收。ZnS粉末的禁帶寬度與文獻報道基本一致5 IR分析 樣品在420 460cm-1無對應于Zn-O拉伸振動峰, 說明樣品穩定性好, 無氧化現象發生。結果與XPS測試得到的 結果吻合。除水的吸收峰外在4004000cm-1基本無吸收峰, 表明該ZnS粉末具有良好的紅

8、外透過率。四、納米ZnS的應用1 在化工上的應用 ZnS在化工生產中主要應用于油漆和塑料中,由于其白色不透明性及不溶于水、有機溶劑、弱酸、弱堿而在油漆中成為重要的顏料。ZnS顏料在器材、蠟紙、金屬板上涂上很薄的一層就具有比較高的遮蓋力。ZnS易分散、不易團聚, 為中性的白色, 且具有良好的光學性質，常作為熱固塑料、熱塑塑料、強化纖維玻璃、阻燃劑、人造橡膠以及分散劑的組分，加入納米ZnS 會使這些材料的性能更優越。2 在陶瓷上的應用 ZnS 因其良好的燒結性能，而廣泛用于陶瓷生產上。單分散顆粒的ZnS 粉體的燒結性能高于團聚體ZnS的燒結性能，且隨粒徑的減小,燒結性能增強。納米ZnS 的加入會降

9、低燒結溫度，改善陶瓷產品的光潔度，納米ZnS 粉體添加到陶瓷釉料中,還具有保潔殺菌的功能。3 在發光材料上的應用 ZnS 是迄今為止電致發光材料的最佳基質之一，應用于許多領域，如等離子及電致發光、平板顯示(如場發射顯示)、陰極射線管(用于雷達、電視及示波器)材料。此外，它還應用于傳感器，X 射線熒光檢測，也可用于制作光電(太陽能)敏感元件、納米材料激光制作及用于制造特殊波長控制的光電識別標志。納米ZnS基發光材料因其具有熱紅外透明性、熒光、磷光等新穎的光電物理特性。尤其是在納米ZnS 基質中摻入Cu2+、Mn2+等過渡金屬離子或其他稀土離子做激活劑時，會改變ZnS 內部的能帶結構，形成各種不同

10、能級的發光中心，從而可實現不同波段的高效可見輻射。4 在光催化上的應用 由于納米ZnS 是一種光子材料, 能產生光子空穴,量子尺寸效應帶來的能級改變、能隙變寬使其氧化還原能力增強, 是優異的光催化半導體。將納米ZnS 包裹在聚苯乙烯或二氧化硅上形成核殼結構的納米顆粒,然后將核去掉做成空心小球,浮在含有有機物的廢水表面上,利用太陽光可進行有機物的降解。美國、日本利用這種方法對海上石油泄漏造成的污染進行處理。采用這種方法還可以將粉體添加到人造纖維中制成殺菌纖維。5 其他方面的應用 納米ZnS具有氣敏性,對低濃度的還原性較強的H2S有很高的靈敏度，對其他還原性相對較弱的氣體的靈敏度較低。因此，抗干擾能力強,有很好的應用前景。納米硫化鋅作為助燃劑能明顯提高重油、煤、水三元混合流體燃料燃燒性能。硫化鋅用于部分替代有毒的Sb做為易燃高分子材料的阻燃消煙協效劑，作為潤滑油添加劑可明顯提高基礎油的抗磨性能。五、前景展望 納米ZnS 顆粒的制備方法是多種多樣的，每種制備方法都有其優勢，但也存在著缺點。要根據具體的用途和要求以及現實的條件來決定。目前的合成方法，沒有很好