納米ZnS粉體簡介

1、納米納米ZnSZnS粉體簡介粉體簡介匯報人：姜匯報人：姜 龍龍專專 業(yè)：材料工程業(yè)：材料工程2013 年年 6 月月 19 日日1 ZnS納米粉體納米粉體 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納米納米ZnS粉體常用測試手段粉體常用測試手段3幾種制備納米幾種制備納米ZnS粉體的制備方法粉體的制備方法 3.1氣相法 3.2液相法 3.3固相法4納米納米ZnS粉體的應用粉體的應用 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紅外光學材料 4.6其他應用2022-5-41. ZnS1. ZnS納米粉體納米粉體1.11.1體相體相Z

2、nSZnS型發(fā)光材料型發(fā)光材料ZnS是一種寬禁帶半導體，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,如光導性、長余輝,并能發(fā)出藍色、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到禁帶中,所以沒有熒光現(xiàn)象。2022-5-4實際上,ZnS材料在制備過程中往往會形成各種缺陷,比如引進雜質(zhì)或者產(chǎn)生空位ZnS屬自激活熒光體,即不摻雜激活劑時,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)出藍光,這是由于晶體中的

3、Zn空位造成的。摻雜型ZnS發(fā)光材料,按發(fā)光類型可以分為兩大類:以IB族元素為激活劑, A或A族元素為共激活劑的體系,屬于復合中心發(fā)光熒光體;以過渡元素或稀土元素單獨摻雜的體系,屬于分立中心發(fā)光熒光體。2022-5-41.2摻雜型摻雜型ZnS納米發(fā)光材料納米發(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的藍色熒光。1994年,R.N.Bhargava等研究者首次報道,在Mn2+離子摻雜的ZnS(ZnS:Mn)納米晶中同時獲得了高的發(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。2022-5-4幾種典型的摻雜：Mn2+離子摻雜的ZnS(ZnS:Mn)納米

4、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+離子作為復合發(fā)光中心，ZnS:Ag產(chǎn)品發(fā)出的藍色或綠色光2022-5-41.3表面修飾的影響表面修飾的影響表面修飾的主要方法是在制備過程中加入穩(wěn)定劑或在納米晶外部包覆一層無機殼層。無機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 度 增 強 了 7

5、倍，發(fā) 光 量 子 效 率 從2. 8% 提高到 12. 1% ，且 發(fā) 光 壽 命 延 長。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 度 也 得 到 提高。2022-5-42. 2.納米納米ZnSZnS粉體常用測試手段粉體常用測試手段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)紫外可見吸收光譜(UV-vis absorption spectroscopy):從吸收譜上可以得到樣品禁帶寬度、缺陷能級的信息,從而可以反應納米材料因量子效應導致的峰位的偏

6、移熒光光譜(photoluminescence):通過熒光的波長可以判斷發(fā)光峰的能級,從而可以獲取一些缺陷能級以及激子能帶的信息2022-5-4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)2022-5-43. 3.幾種制備納米幾種制備納米ZnSZnS粉體的制備方法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),通過發(fā)生物理變化或化學反應,并在較低溫度下凝聚生長形成納米結構。氣相法主要是熱蒸發(fā)法。液相法水熱法：是在高壓反應爸中,以水或有機溶液作為溶劑,構成反應體系,在一定溫度下進行化

7、學反應,從而合成納米材料，水熱法的優(yōu)點是實驗條件比較易于控制,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：以無機鹽或有機鹽(如金屬醇鹽)為前軀體,將其溶于水或有機溶劑形成均質(zhì)溶液,溶質(zhì)發(fā)生水解、醇解或螯合反應,生成納米尺寸的顆粒且不團聚的溶膠,通過物理或化學方法使溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠,再將凝膠進行熱處理形成一定尺寸的納米結構。該方法的優(yōu)點是:制備方法簡單,熱處理溫度較低,制備的納米材料純度高且尺寸均勻。2022-5-4液相沉淀法：兩種化合物在水溶液中通過化學反應生成所需納米化合物沉淀,再經(jīng)過濾、洗漆、干燥得到純凈的納米材料。方法的優(yōu)點是操作簡單超聲化學法是采用分別提供

8、產(chǎn)物陰陽離子的化合物為反應物,反應在超聲波作用下進行一段時間后,再通過離心分離、洗滌和干燥得到納米材料該方法的優(yōu)點是可以有效地防止納米顆粒的團聚,所以制備過程中超聲波的使用,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)作為化學反應的溶劑,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,每個微液滴作為反應體系,通過成核、生長凝結和團聚等過程形成納米顆粒。優(yōu)點：納米顆粒不易團聚、粒徑易于控制。2022-5-4微乳液法：微乳液法又稱為反膠束溶液法,微乳液反應體系是由以下四個部分組成:水、有機溶劑

9、、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,而水是作為反應物的溶劑,被表面活性劑(助表面活性劑)包裹,構成水核(或稱作“水池”),從而形成微小(納米級)的反應容器,加入的水量的多少決定了水核的大小,進一步限制反應形成的納米顆粒的粒徑,與乳液法不同,微乳液反應體系是熱力學穩(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程是首先制備微乳液,再加入反應物溶液進行反應形成納米顆粒。該方法的優(yōu)點是在室溫條件下制備,操作比較簡單,得到的納米顆粒粒徑小且均勻,重要的是通過實驗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)過研磨使之發(fā)生化學反應從而得納米

10、ZnS的方法。固相法一般經(jīng)過幾個階段擴散、反應、成核和生長。方法的優(yōu)點是制備工藝比較簡單,能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),所得納米顆粒比較均勻,缺點是得到的納米結構種類有限,一般只能制備零維的納米顆粒2022-5-4白色顏料白色顏料ZnS作為白色顏料,具有不溶于水、弱酸、弱堿和有機溶劑的性質(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,具有壽命長和顏色持久的特點,重要的是在減少二氧化鐵用量的同時具有很好的抗菌滅藻效果,所以ZnS在墻體涂料中的應用保護了建筑物并美化了環(huán)境。4. 4.納米納米ZnSZnS粉體的應用粉體的應用2022-

11、5-4氣敏材料氣敏材料氣敏材料是某些特定的氣體(如H2S)會引起材料的物理化學性質(zhì)明顯變化,通過測量變化量來確定環(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檢測H2S,應用于傳感器,對于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境有毒氣體的檢測具有重要意義。光催化材料光催化材料由于納米顆粒的比表面積大,可以做半導體光催化劑,能夠在光照條件下促進化學反應的進行,從而在污染物的降解方面有很大的應用潛力。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。2022-5-4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、機械發(fā)光等特性。光致發(fā)光是在光激發(fā)的情況下導致的發(fā)光電致發(fā)光,或稱為場致發(fā)光,是在直流或交流電及其產(chǎn)生的電場激發(fā)作用下導致固體材料的發(fā)光,電致發(fā)光的產(chǎn)生機理是:電場激發(fā)的能量傳輸至發(fā)光中心,導致發(fā)光中心的發(fā)光。機械發(fā)光是由機械能向光能的轉(zhuǎn)化的過程,包括摩擦發(fā)