專利名稱：一種硫化鋅納米粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水熱化學(xué)合成納米材料工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及水熱法合成硫化鋅納米粉末的制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍I IOOnm或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。納米材料為凝聚態(tài)物理提出了許多新的課題，由于納米材料尺寸小，量子尺寸效應(yīng)十分顯著，這使得納米材料體系的光、熱、電、磁等物理性質(zhì)與常規(guī)材料不同，出現(xiàn)許多新奇特性；另外納米材料的另一個重要特點是表面效應(yīng)。隨著尺寸減小，比表面大大增加，導(dǎo)致納米體系的化學(xué)性質(zhì)與化學(xué)平衡體系出現(xiàn)很大差別。納米合成為發(fā)展新型材料提供了新的途徑和新的思路。納米半導(dǎo)體材料為制備性能優(yōu)越的半導(dǎo)體器件提供了 基礎(chǔ)。ZnS是II-VI族寬禁帶半導(dǎo)體化合物材料，白色粉末狀固體，有六方和立方兩種晶體結(jié)構(gòu)，禁帶寬度約為3. 5 3. 8eV, ZnS在平板顯示器、電致發(fā)光、非線性光學(xué)器、陰極射線發(fā)光、發(fā)光二級管、太陽能電池、光催化、傳感器和激光等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。另有研究表明3nm的ZnS顆粒的帶隙為4. 13eV，發(fā)生明顯的藍(lán)移，是一種有潛力的光子材料，且納米ZnS還具有突出的光催化效果。所以納米ZnS的制備研究對光電器件產(chǎn)業(yè)具有十分重要的意義。目前制備納米材料的方法有很多，如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射法等氣相法和沉淀法、噴霧法、溶膠-凝膠法、輻射化學(xué)法等液相法。這些方法有的工藝復(fù)雜，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間長，有的方法反應(yīng)過程中毒性大、環(huán)境污染嚴(yán)重，有的方法所得納米材料易團(tuán)聚、分散性差，不易控制納米材料的形貌和尺寸均勻性，有的方法中所采用的具體工藝制備的納米硫化鋅相組成不純。形狀和大小不均勻影響著納米材料的比表面積，因而性能會有較大差別；當(dāng)純度差時，由于出現(xiàn)的雜相是另一種物質(zhì)，因而其性能會與單相物質(zhì)不同，在光學(xué)特性、導(dǎo)電性能等方面有較大差異，這些物理性能對半導(dǎo)體材料是十分重要的。與本專利接近的現(xiàn)有技術(shù)有[I]R. Saravanan, S. Saravanakumar, S. Lavanya, Growth and local structureanalysis of ZnS nanoparticles, Physica B 405 (2010)3700-3703.文中報道了以溶膠-凝膠法制備ZnS納米顆粒，并用XRD和SEM對ZnS納米顆粒進(jìn)行了表征。[2]Cun Li,Xiaogang Yang，Baojun Yang，Growth of microtubular complexes asprecursors to synthesize nanocrystalIine ZnS and CdS，Journal of Crystal Growth291 (2006)45-51.文章報道了以復(fù)合微管為前軀體，以ZnCl2、CdCl2及S單質(zhì)為原料，用水熱法在120°C保溫12-24h分別合成ZnS、CdS納米晶體。[3]Feng Wei, Guicun Li, Zhikun Zhang, Hydrothermal synthesis ofspindle-like ZnS hollow nanostructures, Materials Research Bulletin40(2005) 1402-1407.主要報道了以水熱法合成中空的紡錘狀ZnS納米，并對其微觀的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。[4] Ondrej Kozak, Petr Praus, Kami I a Koci , Preparation andcharacterization of ZnS nanoparticles deposited onmontmoriIIonite, Journal ofColloid and Interface Science 352 (2010)244-251.描述了以醋酸鋅、硫酸鋅和硫化鈉等為原料，在蒙脫石上沉積得ZnS納米顆粒，經(jīng)測定顆粒的直徑3 5nm。[5] S. D. Sartal e , B. R. Sankapal, M. Lux-Ste iner, Preparation of nanocrystalIine ZnS by a new chemical bath deposition route, Thin Solid Films480-481(2005) 168-172.報道了用化學(xué)浴沉積制備了致密、均勻的納米晶薄膜。原料為鋅鹽、硫脲等，其中硫脲既是硫源又起到絡(luò)合劑的作用。雖然本發(fā)明與以上技術(shù)制備都是制備的納米ZnS，但是在原料、工藝流程上都有很大的區(qū)別，所以產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸上有很大的差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，而發(fā)明了一種硫化鋅納米粉末的制備方法。本發(fā)明采用水熱法合成工藝制備硫化鋅納米粉末，以ZnCl2 · 2H20、硫單質(zhì)粉末為原料，嚴(yán)格控制原料的化學(xué)計量比和濃度，以聯(lián)氨為還原劑，在較低溫度下加熱，使原料進(jìn)行共還原并發(fā)生合成反應(yīng)，并經(jīng)清洗、過濾和烘干即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明的具體制備方法包括如下順序的步驟a.將2. O 5. O份ZnCl2 · 2H20、I. O 2. 5份硫粉兩種固體粉末均勻混合，再加入為20 45份鹽酸，140 160份無水乙醇和350 380份去離子水；b.將上述混合物溶液倒入高壓反應(yīng)釜，再加入20 45份聯(lián)氨；c.將上述反應(yīng)釜加熱至160 200°C之間，保溫時間20 90小時，然后冷卻到室溫取出；d.將反應(yīng)后的溶液通過水系微孔濾膜過濾，先后用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌、過濾分離,去除雜質(zhì),洗滌至中性為止；e.將上述洗滌后所得物干燥，得到硫化鋅納米粉末。上述步驟a中混合物粉末在去離子水中均勻混合，采用超聲波振動并進(jìn)行攪拌的方式使之溶解更充分。上述步驟b中的聯(lián)氨的純度采用85%或80%。上述步驟b中的高壓反應(yīng)釜采用聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜。上述步驟e中洗滌后所得物的干燥在50 80°C下烘干。上述步驟e中的干燥采用真空烘箱進(jìn)行干燥。相分析和形貌分析表明本發(fā)明所得硫化鋅納米粉末是單相粉體，其形狀和大小均勻，粒徑約在80 IOOnm之間。與同類技術(shù)相比，本發(fā)明所得硫化鋅納米粉末純度高、分散性好，工藝過程安全、過程輔助溶液及產(chǎn)物易處理、無污染等，因此該方法具有非常廣闊的應(yīng)用前景。


附圖I為實施例I中200°C保溫90小時所得硫化鋅的納米粉末的X射線衍射圖，可見所得粉末為單相。
具體實施例方式實施例I將4. 242份ZnCl2 ·2Η20和I. 000份硫粉兩種固體粉末均勻混合，再加入30. 303份的鹽酸，乙醇151. 515份，去離子水363. 636份，采用超聲波振動并進(jìn)行攪拌的方式使之均 勻混合。將上述混合物溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜，再加入85%的聯(lián)氨30. 303份。將上述反應(yīng)釜加熱至200°C之間，保溫時間90小時，然后冷卻到室溫取出。將反應(yīng)后的溶液通過水系微孔濾膜過濾，先后用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌、過濾分離，去除雜質(zhì)，洗滌至中性為止。將上述洗滌后所得物在70°C下的真空烘箱中干燥，得到硫化鋅粉末。經(jīng)檢測，所得ZnS的純度為100%。實施例2將4. 242份ZnCl2 ·2Η20和I. 000份硫粉兩種固體粉末均勻混合，再加入30. 303份的鹽酸，乙醇151. 515份，去離子水363. 636份，采用超聲波振動并進(jìn)行攪拌的方式使之均勻混合。將上述混合物溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜，再加入85%的聯(lián)氨30. 303份。將上述反應(yīng)釜加熱至200°C之間，保溫時間45小時，然后冷卻到室溫取出。將反應(yīng)后的溶液通過水系微孔濾膜過濾，先后用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌、過濾分離，去除雜質(zhì)，洗滌至中性為止。將上述洗滌后所得物在70°C下的真空烘箱中干燥，得到硫化鋅粉末。經(jīng)檢測，所得ZnS的純度為100%。
權(quán)利要求
1.一種硫化鋅納米粉末的制備方法，該方法包括如下順序的步驟 a.將2.O 5. O份ZnCl2 2H20、1. O 2. 5份硫粉兩種固體粉末均勻混合，再加入鹽酸，無水乙醇和去離子水等溶劑均勻混合； b.將上述混合物溶液倒入高壓反應(yīng)釜，再加入20 45份聯(lián)氨； c.將上述反應(yīng)釜加熱至160 200°C之間，保溫·時間20 90小時，然后冷卻到室溫取出； d.將反應(yīng)后的溶液通過水系微孔濾膜過濾，先后用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌、過濾分離，去除雜質(zhì)，洗滌至中性為止； e.將上述洗滌后所得物干燥，得到硫化鋅納米粉末。
2.如權(quán)利要求I所述一種硫化鋅納米粉末的制備方法，其中所述步驟a中向混合粉末中加入的溶劑為20 45份鹽酸，140 160份無水乙醇和350 380份去離子水，采用超聲波振動并進(jìn)行攪拌的方式使之溶解更充分并混合均勻。
3.如權(quán)利要求I所述一種硫化鋅納米粉末的制備方法，其中所述步驟e中洗滌后所得物的干燥是在50 80°C下烘干。
4.如權(quán)利要求I或3所述一種硫化鋅納米粉末的制備方法，其中所述步驟e中的干燥采用真空烘箱進(jìn)行干燥。
全文摘要
一種硫化鋅粉末的制備方法，涉及水熱化學(xué)合成納米材料工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用ZnCl2·2H2O、S粉兩種固體粉末為原料，以聯(lián)氨為還原劑，通過反應(yīng)、加熱、洗滌、烘干等步驟制備硫化鋅納米粉末。本發(fā)明所得硫化鋅粉末具有純度高、大小均勻、分散性好，工藝過程安全、過程輔助溶液及產(chǎn)物易處理、無污染等優(yōu)勢，因此該方法具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B82Y40/00GK102674433SQ20121019169
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者劉科高, 孫昌, 李靜, 石磊, 紀(jì)念靜, 許斌 申請人:山東建筑大學(xué)