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纳米ZnS粉体简介 汇报人：姜 龙 专 业：材料工程 2013 年 6 月 19 日 1 ZnS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 * 1. 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。 * 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。 * 1.2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。 * 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 * 1.3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。 * 2.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-vis absorption spectroscopy):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 * 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) * 3.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。