納米ZnS粉體簡(jiǎn)介

納米ZnS粉體簡(jiǎn)介匯報(bào)人：姜龍專(zhuān)業(yè)：材料工程2013年6月19日1ZnS納米粉體1.1體相ZnS型發(fā)光材1.2摻雜型ZnS納米發(fā)光材料1.3表面修飾的影響2納米ZnS粉體常用測(cè)試手段3幾種制備納米ZnS粉體的制備方法3.1氣相法3.2液相法3.3固相法4納米ZnS粉體的應(yīng)用

4.1白色顏料4.2氣敏材料4.3光催化材料4.4發(fā)光材料4.5紅外光學(xué)材料4.6其他應(yīng)用2023/2/21.ZnS納米粉體

1.1體相ZnS型發(fā)光材料ZnS是一種寬禁帶半導(dǎo)體，Eg=3.68eV。ZnS型熒光化合物是發(fā)現(xiàn)較早的發(fā)光材料,也是被研究的最多的發(fā)光材料之一。它具備了多種熒光特性,如光導(dǎo)性、長(zhǎng)余輝,并能發(fā)出藍(lán)色、綠色和紅色熒光。它既是光致發(fā)光材料,又是電致發(fā)光材料、陰極射線發(fā)光材料。在完美的ZnS晶體中即使離子間有一點(diǎn)極化作用,但不足以使電子云產(chǎn)生足夠的形變將電子激勵(lì)到禁帶中,所以沒(méi)有熒光現(xiàn)象。2023/2/2實(shí)際上,ZnS材料在制備過(guò)程中往往會(huì)形成各種缺陷,比如引進(jìn)雜質(zhì)或者產(chǎn)生空位ZnS屬自激活熒光體,即不摻雜激活劑時(shí),在某種特定的合成條件下得到的ZnS晶體,受激發(fā)后依然可以發(fā)出藍(lán)光,這是由于晶體中的Zn空位造成的。摻雜型ZnS發(fā)光材料,按發(fā)光類(lèi)型可以分為兩大類(lèi):以IB族元素為激活劑,ⅢA或ⅦA族元素為共激活劑的體系,屬于復(fù)合中心發(fā)光熒光體;以過(guò)渡元素或稀土元素單獨(dú)摻雜的體系,屬于分立中心發(fā)光熒光體。2023/2/21.2摻雜型ZnS納米發(fā)光材料作為一種自激活熒光材料,純的ZnS納米晶在室溫下即具有較強(qiáng)的藍(lán)色熒光。1994年,R.N.Bhargava等研究者首次報(bào)道,在Mn2+離子摻雜的ZnS(ZnS:Mn)納米晶中同時(shí)獲得了高的發(fā)光效率以及縮短的熒光壽命。從此引起了摻雜型ZnS納米材料的研究熱潮。2023/2/2幾種典型的摻雜：Mn2+離子摻雜的ZnS(ZnS:Mn)納米發(fā)光材料：Mn2+離子作為分立發(fā)光中心,產(chǎn)品的發(fā)光位置比較穩(wěn)定,一般是位于590nm附近的橙色光Cu+離子或Cu2+離子摻雜的ZnS(ZnS:Cu)納米發(fā)光材料：Cu+離子或Cu2+離子作為復(fù)合發(fā)光中心,產(chǎn)品一般發(fā)出綠色光Ag+離子摻雜的ZnS(ZnS:Ag)納米發(fā)光材料：Ag+離子作為復(fù)合發(fā)光中心，ZnS:Ag產(chǎn)品發(fā)出的藍(lán)色或綠色光2023/2/21.3表面修飾的影響表面修飾的主要方法是在制備過(guò)程中加入穩(wěn)定劑或在納米晶外部包覆一層無(wú)機(jī)殼層。無(wú)機(jī)殼層的表面修飾可有效提高核層量子產(chǎn)率和納米粒子穩(wěn)定性。

如：摻雜ZnS納米粒子經(jīng)ZnS包覆后，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)了7倍，發(fā)光量子效率從2.8%提高到12.1%，且發(fā)光壽命延長(zhǎng)。摻雜ZnS納米粒子經(jīng)SiO2包覆后能夠抵抗晶格畸變和氧化，熱穩(wěn)定性和熒光強(qiáng)度也得到提高。2023/2/22.納米ZnS粉體常用測(cè)試手段X射線衍射(XRD)X射線能量色散能譜(EDS):獲取樣品中元素組成和比例的信息透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-visabsorptionspectroscopy):從吸收譜上可以得到樣品禁帶寬度、缺陷能級(jí)的信息,從而可以反應(yīng)納米材料因量子效應(yīng)導(dǎo)致的峰位的偏移熒光光譜(photoluminescence):通過(guò)熒光的波長(zhǎng)可以判斷發(fā)光峰的能級(jí),從而可以獲取一些缺陷能級(jí)以及激子能帶的信息2023/2/2其他分析比表面積分析（BET吸附N2法）俄歇電子能譜分析（AES）漫反射光譜分析（DRS）光穩(wěn)定性(Timebase)熒光壽命(Lifetime)2023/2/23.幾種制備納米ZnS粉體的制備方法氣相法：在氣體環(huán)境中使材料由固相變?yōu)闅庀酄顟B(tài),通過(guò)發(fā)生物理變化或化學(xué)反應(yīng),并在較低溫度下凝聚生長(zhǎng)形成納米結(jié)構(gòu)。氣相法主要是熱蒸發(fā)法。液相法水熱法：是在高壓反應(yīng)爸中,以水或有機(jī)溶液作為溶劑,構(gòu)成反應(yīng)體系,在一定溫度下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),從而合成納米材料，水熱法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)條件比較易于控制,制備出的樣品均勻性較好,產(chǎn)量大,可以用于制備納米線和納米顆粒。溶膠-凝膠法：以無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽(如金屬醇鹽)為前軀體,將其溶于水或有機(jī)溶劑形成均質(zhì)溶液,溶質(zhì)發(fā)生水解、醇解或螯合反應(yīng),生成納米尺寸的顆粒且不團(tuán)聚的溶膠,通過(guò)物理或化學(xué)方法使溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠,再將凝膠進(jìn)行熱處理形成一定尺寸的納米結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是:制備方法簡(jiǎn)單,熱處理溫度較低,制備的納米材料純度高且尺寸均勻。2023/2/2液相沉淀法：兩種化合物在水溶液中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成所需納米化合物沉淀,再經(jīng)過(guò)濾、洗漆、干燥得到純凈的納米材料。方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單超聲化學(xué)法是采用分別提供產(chǎn)物陰陽(yáng)離子的化合物為反應(yīng)物,反應(yīng)在超聲波作用下進(jìn)行一段時(shí)間后,再通過(guò)離心分離、洗滌和干燥得到納米材料該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地防止納米顆粒的團(tuán)聚,所以制備過(guò)程中超聲波的使用,能使得到的納米顆粒分散性好、粒徑均勻且尺寸較。乳液法：是采用兩種互不相容的兩種液體(油相和水相),其中一種液體(如水)作為化學(xué)反應(yīng)的溶劑,在一定量的表面活性劑的作用下,一種液體的微小液滴均勻分散在另一種液體中形成乳液,每個(gè)微液滴作為反應(yīng)體系,通過(guò)成核、生長(zhǎng)凝結(jié)和團(tuán)聚等過(guò)程形成納米顆粒。優(yōu)點(diǎn)：納米顆粒不易團(tuán)聚、粒徑易于控制。2023/2/2微乳液法：微乳液法又稱(chēng)為反膠束溶液法,微乳液反應(yīng)體系是由以下四個(gè)部分組成:水、有機(jī)溶劑、表面活性劑和助表面活性劑,其中助表面活性劑不一定是必須的,而水是作為反應(yīng)物的溶劑,被表面活性劑(助表面活性劑)包裹,構(gòu)成水核(或稱(chēng)作“水池”),從而形成微小(納米級(jí))的反應(yīng)容器,加入的水量的多少?zèng)Q定了水核的大小,進(jìn)一步限制反應(yīng)形成的納米顆粒的粒徑,與乳液法不同,微乳液反應(yīng)體系是熱力學(xué)穩(wěn)定的,得到的納米顆粒的粒徑較小。微乳液法的制備納米材料的過(guò)程是首先制備微乳液,再加入反應(yīng)物溶液進(jìn)行反應(yīng)形成納米顆粒。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在室溫條件下制備,操作比較簡(jiǎn)單,得到的納米顆粒粒徑小且均勻,重要的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)條件可以有效控制納米顆粒的粒。固相法：固相法是采用鋅鹽和硫化物為原材料,經(jīng)過(guò)研磨使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而得納米ZnS的方法。固相法一般經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段擴(kuò)散、反應(yīng)、成核和生長(zhǎng)。方法的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝比較簡(jiǎn)單,能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),所得納米顆粒比較均勻,缺點(diǎn)是得到的納米結(jié)構(gòu)種類(lèi)有限,一般只能制備零維的納米顆粒2023/2/2白色顏料ZnS作為白色顏料,具有不溶于水、弱酸、弱堿和有機(jī)溶劑的性質(zhì),并且性質(zhì)比較穩(wěn)定,高溫,納米ZnS具有更強(qiáng)的遮蓋力,所以是油漆中的重要白色顏料。而以硫化鋅和二氧化鐵混合物作為白色顏料,具有壽命長(zhǎng)和顏色持久的特點(diǎn),重要的是在減少二氧化鐵用量的同時(shí)具有很好的抗菌滅藻效果,所以ZnS在墻體涂料中的應(yīng)用保護(hù)了建筑物并美化了環(huán)境。4.納米ZnS粉體的應(yīng)用2023/2/2氣敏材料氣敏材料是某些特定的氣體(如H2S)會(huì)引起材料的物理化學(xué)性質(zhì)明顯變化,通過(guò)測(cè)量變化量來(lái)確定環(huán)境中氣體的成分及含量ZnS納米材料可以作為氣敏材料來(lái)檢測(cè)H2S,應(yīng)用于傳感器,對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境有毒氣體的檢測(cè)具有重要意義。光催化材料由于納米顆粒的比表面積大,可以做半導(dǎo)體光催化劑,能夠在光照條件下促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,從而在污染物的降解方面有很大的應(yīng)用潛力。納米二氧化鐵是一種常用的光催化劑,而ZnS納米材料也具有光催化性能。2023/2/2發(fā)光材料ZnS具有豐富的發(fā)光特性,并且是很好的基質(zhì)材料,如具有光致發(fā)光、電致發(fā)光、機(jī)械發(fā)光等特性。光致發(fā)光是在光激發(fā)的情況下導(dǎo)致的發(fā)光電致發(fā)光,或稱(chēng)為場(chǎng)致發(fā)光,是在直流或交流電及其產(chǎn)生的電場(chǎng)激發(fā)作用下導(dǎo)致固體材料的發(fā)光,電致發(fā)光的產(chǎn)生機(jī)理是:電場(chǎng)激發(fā)的能量傳輸至發(fā)光中心,導(dǎo)致發(fā)光中心的發(fā)光。機(jī)械發(fā)光是由機(jī)械能向光能的轉(zhuǎn)化的過(guò)程,包括摩擦