纳米ZnS粉体简介

纳米ZnS粉体简介汇报人：姜龙专业：材料工程2013年6月19日1ZnS纳米粉体1.1体相ZnS型发光材1.2掺杂型ZnS纳米发光材料1.3表面修饰的影响2纳米ZnS粉体常用测试手段3几种制备纳米ZnS粉体的制备方法3.1气相法3.2液相法3.3固相法4纳米ZnS粉体的应用

4.1白色颜料4.2气敏材料4.3光催化材料4.4发光材料4.5红外光学材料4.6其他应用2023/2/21.ZnS纳米粉体

1.1体相ZnS型发光材料ZnS是一种宽禁带半导体，Eg=3.68eV。ZnS型荧光化合物是发现较早的发光材料,也是被研究的最多的发光材料之一。它具备了多种荧光特性,如光导性、长余辉,并能发出蓝色、绿色和红色荧光。它既是光致发光材料,又是电致发光材料、阴极射线发光材料。在完美的ZnS晶体中即使离子间有一点极化作用,但不足以使电子云产生足够的形变将电子激励到禁带中,所以没有荧光现象。2023/2/2实际上,ZnS材料在制备过程中往往会形成各种缺陷,比如引进杂质或者产生空位ZnS属自激活荧光体,即不掺杂激活剂时,在某种特定的合成条件下得到的ZnS晶体,受激发后依然可以发出蓝光,这是由于晶体中的Zn空位造成的。掺杂型ZnS发光材料,按发光类型可以分为两大类:以IB族元素为激活剂,ⅢA或ⅦA族元素为共激活剂的体系,属于复合中心发光荧光体;以过渡元素或稀土元素单独掺杂的体系,属于分立中心发光荧光体。2023/2/21.2掺杂型ZnS纳米发光材料作为一种自激活荧光材料,纯的ZnS纳米晶在室温下即具有较强的蓝色荧光。1994年,R.N.Bhargava等研究者首次报道,在Mn2+离子掺杂的ZnS(ZnS:Mn)纳米晶中同时获得了高的发光效率以及缩短的荧光寿命。从此引起了掺杂型ZnS纳米材料的研究热潮。2023/2/2几种典型的掺杂：Mn2+离子掺杂的ZnS(ZnS:Mn)纳米发光材料：Mn2+离子作为分立发光中心,产品的发光位置比较稳定,一般是位于590nm附近的橙色光Cu+离子或Cu2+离子掺杂的ZnS(ZnS:Cu)纳米发光材料：Cu+离子或Cu2+离子作为复合发光中心,产品一般发出绿色光Ag+离子掺杂的ZnS(ZnS:Ag)纳米发光材料：Ag+离子作为复合发光中心，ZnS:Ag产品发出的蓝色或绿色光2023/2/21.3表面修饰的影响表面修饰的主要方法是在制备过程中加入稳定剂或在纳米晶外部包覆一层无机壳层。无机壳层的表面修饰可有效提高核层量子产率和纳米粒子稳定性。

如：掺杂ZnS纳米粒子经ZnS包覆后，荧光强度增强了7倍，发光量子效率从2.8%提高到12.1%，且发光寿命延长。掺杂ZnS纳米粒子经SiO2包覆后能够抵抗晶格畸变和氧化，热稳定性和荧光强度也得到提高。2023/2/22.纳米ZnS粉体常用测试手段X射线衍射(XRD)X射线能量色散能谱(EDS):获取样品中元素组成和比例的信息透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)紫外可见吸收光谱(UV-visabsorptionspectroscopy):从吸收谱上可以得到样品禁带宽度、缺陷能级的信息,从而可以反应纳米材料因量子效应导致的峰位的偏移荧光光谱(photoluminescence):通过荧光的波长可以判断发光峰的能级,从而可以获取一些缺陷能级以及激子能带的信息2023/2/2其他分析比表面积分析（BET吸附N2法）俄歇电子能谱分析（AES）漫反射光谱分析（DRS）光稳定性(Timebase)荧光寿命(Lifetime)2023/2/23.几种制备纳米ZnS粉体的制备方法气相法：在气体环境中使材料由固相变为气相状态,通过发生物理变化或化学反应,并在较低温度下凝聚生长形成纳米结构。气相法主要是热蒸发法。液相法水热法：是在高压反应爸中,以水或有机溶液作为溶剂,构成反应体系,在一定温度下进行化学反应,从而合成纳米材料，水热法的优点是实验条件比较易于控制,制备出的样品均勻性较好,产量大,可以用于制备纳米线和纳米颗粒。溶胶-凝胶法：以无机盐或有机盐(如金属醇盐)为前躯体,将其溶于水或有机溶剂形成均质溶液,溶质发生水解、醇解或螯合反应,生成纳米尺寸的颗粒且不团聚的溶胶,通过物理或化学方法使溶胶转化为凝胶,再将凝胶进行热处理形成一定尺寸的纳米结构。该方法的优点是:制备方法简单,热处理温度较低,制备的纳米材料纯度高且尺寸均勻。2023/2/2液相沉淀法：两种化合物在水溶液中通过化学反应生成所需纳米化合物沉淀,再经过滤、洗漆、干燥得到纯净的纳米材料。方法的优点是操作简单超声化学法是采用分别提供产物阴阳离子的化合物为反应物,反应在超声波作用下进行一段时间后,再通过离心分离、洗涤和干燥得到纳米材料该方法的优点是可以有效地防止纳米颗粒的团聚,所以制备过程中超声波的使用,能使得到的纳米颗粒分散性好、粒径均勻且尺寸较。乳液法：是采用两种互不相容的两种液体(油相和水相),其中一种液体(如水)作为化学反应的溶剂,在一定量的表面活性剂的作用下,一种液体的微小液滴均匀分散在另一种液体中形成乳液,每个微液滴作为反应体系,通过成核、生长凝结和团聚等过程形成纳米颗粒。优点：纳米颗粒不易团聚、粒径易于控制。2023/2/2微乳液法：微乳液法又称为反胶束溶液法,微乳液反应体系是由以下四个部分组成:水、有机溶剂、表面活性剂和助表面活性剂,其中助表面活性剂不一定是必须的,而水是作为反应物的溶剂,被表面活性剂(助表面活性剂)包裹,构成水核(或称作“水池”),从而形成微小(纳米级)的反应容器,加入的水量的多少决定了水核的大小,进一步限制反应形成的纳米颗粒的粒径,与乳液法不同,微乳液反应体系是热力学稳定的,得到的纳米颗粒的粒径较小。微乳液法的制备纳米材料的过程是首先制备微乳液,再加入反应物溶液进行反应形成纳米颗粒。该方法的优点是在室温条件下制备,操作比较简单,得到的纳米颗粒粒径小且均勻,重要的是通过实验条件可以有效控制纳米颗粒的粒。固相法：固相法是采用锌盐和硫化物为原材料,经过研磨使之发生化学反应从而得纳米ZnS的方法。固相法一般经过几个阶段扩散、反应、成核和生长。方法的优点是制备工艺比较简单,能够实现工业化生产,所得纳米颗粒比较均勻,缺点是得到的纳米结构种类有限,一般只能制备零维的纳米颗粒2023/2/2白色颜料ZnS作为白色颜料,具有不溶于水、弱酸、弱碱和有机溶剂的性质,并且性质比较稳定,高温,纳米ZnS具有更强的遮盖力,所以是油漆中的重要白色颜料。而以硫化锌和二氧化铁混合物作为白色颜料,具有寿命长和颜色持久的特点,重要的是在减少二氧化铁用量的同时具有很好的抗菌灭藻效果,所以ZnS在墙体涂料中的应用保护了建筑物并美化了环境。4.纳米ZnS粉体的应用2023/2/2气敏材料气敏材料是某些特定的气体(如H2S)会引起材料的物理化学性质明显变化,通过测量变化量来确定环境中气体的成分及含量ZnS纳米材料可以作为气敏材料来检测H2S,应用于传感器,对于工业生产环境有毒气体的检测具有重要意义。光催化材料由于纳米颗粒的比表面积大,可以做半导体光催化剂,能够在光照条件下促进化学反应的进行,从而在污染物的降解方面有很大的应用潜力。纳米二氧化铁是一种常用的光催化剂,而ZnS纳米材料也具有光催化性能。2023/2/2发光材料ZnS具有丰富的发光特性,并且是很好的基质材料,如具有光致发光、电致发光、机械发光等特性。光致发光是在光激发的情况下导致的发光电致发光,或称为场致发光,是在直流或交流电及其产生的电场激发作用下导致固体材料的发光,电致发光的产生机理是:电场激发的能量传输至发光中心,导致发光中心的发光。机械发光是由机械能向光能的转化的过程,包括摩擦