專利名稱：：一種制備納米硫化鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種制備納米硫化鋅的方法。技術(shù)背景ZnS是具有較寬直接帶隙的II-VI族化合物半導(dǎo)體材料，它的電致發(fā)光和光致發(fā)光效率較高，是目前多色熒光粉的重要基質(zhì)材料。近幾年有關(guān)ZnS納米材料的制備及性能研究的文獻(xiàn)很多，概括起來可以分為物理法和化學(xué)法兩大類，其中物理方法主要有氣相沉積法、濺射沉積法、低溫等離子法和蒸汽冷凝法等，這類方法儀器設(shè)備復(fù)雜，成本高；化學(xué)法主要有水熱溶劑熱法、化學(xué)沉淀法、微乳液法、溶膠凝膠法和LB膜法等，這些方法中原料較貴，并使用大量有機(jī)溶劑，過程控制復(fù)雜，或顆粒均勻性差，粒子易粘結(jié)或團(tuán)聚等。因而有必要探索新的合成方法，結(jié)合固相法和液相法的優(yōu)點(diǎn)，簡單、快捷地制備出高純度、性能良好的納米硫化鋅。XuJF等發(fā)明了一種新型的制備納米硫化鋅的方法即先利用氣相蒸發(fā)技術(shù)制備出平均粒徑為80nm的鋅粉粒子，高活性的鋅粉粒子在接觸空氣時(shí)表面會(huì)有一部分被氧化，即為Zn/ZnO納米粉粒。將適量的Zn/ZnO粉粒置于一定濃度的Na2S溶液中，形成懸浮液，在5(TC下超聲振蕩，反應(yīng)體系的顏色由黑轉(zhuǎn)白，形成ZnS沉淀，過濾、洗滌，得到平均粒徑為40nm的球狀ZnS微粒，過程如下2Zn十02—2ZnO(1)ZnO十Na2S十H20—ZnS十2NaOH(2)分析上述方法可發(fā)現(xiàn)1、該法本質(zhì)是反應(yīng)(2)，因此不需要用納米鋅作為原料。因?yàn)橹苽浼{米氧化鋅比制備納米鋅粉更簡單，成本也更低，所以可直接用納米氧化鋅甚至普通氧化鋅做原料。2、正如該研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所得產(chǎn)品容易殘留金屬鋅，純度不高。本發(fā)明首次直接以普通氧化鋅粉和硫化鈉為原料，利用超聲波預(yù)分散作用，制備出了性能優(yōu)良的納米硫化鋅。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在提供一種簡單，快捷地制備出高純度、性能良好的納米硫化鋅的方法。本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的將Na2S溶液與ZnO固體粉末混合，其中液固質(zhì)量比為5:1，Na2S溶液的濃度為1-3raol/L;并在反應(yīng)前通過超聲波掁蕩分散，在70-90'C溫度下，進(jìn)行磁力攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后得到的產(chǎn)物先用蒸餾水和后用無水乙醇洗漆，真空干燥后即得納米ZnS粉末。所述的超聲波掁蕩分散時(shí)間優(yōu)選10-20min，最優(yōu)選15min。磁力攪拌反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選1.5-2.5小時(shí)，最優(yōu)選2小時(shí)。本發(fā)明最優(yōu)選的反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度8(TC、Na2S摩爾濃度2mol/L，液固比1.2:1。本發(fā)明具體實(shí)施步驟為本發(fā)明為了達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是在室溫下，配制Na2S溶液，將Na2S溶液與ZnO固體粉末混合，超聲波振蕩分散后，然后轉(zhuǎn)入三頸瓶中，并將三頸瓶的2/3沒入一定溫度的水浴中，磁力攪拌1.5-2.5小時(shí)，反應(yīng)完成后得到的產(chǎn)物先用蒸餾水和后用無水乙醇洗滌，真空干燥后即得納米ZnS粉末。運(yùn)用XRD，SEM，IR及TG-DTA對(duì)納米顆粒產(chǎn)品進(jìn)行分析，結(jié)果表明納米硫化鋅產(chǎn)品為結(jié)晶良好的立方體閃鋅礦，平均粒度為50納米，且具有良好的紅外透光性和熱穩(wěn)定性。在超聲作用下，用普通Zn0作為原料，可以得到納米硫化鋅產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)還證明原料的形貌對(duì)產(chǎn)物的形貌基本沒有影響。本發(fā)明與現(xiàn)有的制備方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)工藝簡單、原料便宜、制備周期短，且生成的納米顆粒粒度分布均勻。本發(fā)明直接使用的是比納米鋅粉更容易制備和更易得到的氧化鋅作為原料生產(chǎn)納米硫化鋅，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。在本發(fā)明中，在超聲波的作用下，我們直接用氧化鋅反應(yīng)合成制備納米ZnS，反應(yīng)原理如下用(A/^,)7^可以判別反應(yīng)的方向，但Ar《只能反映反應(yīng)的限度。在一般情況下，A,G^fg作為判別反應(yīng)方向的依據(jù)，因?yàn)閦V^值是反應(yīng)物和產(chǎn)物都處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)的吉布斯自由能變化值，因此只能判定該特定條件下的反應(yīng)方向。在實(shí)際情況下，要用A/^判據(jù)判斷反應(yīng)的方向。對(duì)于反應(yīng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>根據(jù)等溫式若厶^<0，則反應(yīng)可以正向進(jìn)行；反之，反應(yīng)不能正向進(jìn)行。如果A,G:的絕對(duì)值很大，則A/^的正負(fù)號(hào)基本上就決定了A/^的符號(hào)。因此，若A/:有很大的負(fù)值，則在一般情況下，A/^大致也為負(fù)值。表l為不同溫度下的吉布斯自由能變化。由表1可判斷，將ZnO和Na2S溶液反應(yīng)制備ZnS是可能的。表l不同溫度時(shí)的吉布斯自由能變化<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>室溫下，Zn0、ZnS在水中的溶度積分別為3X1(T'8、1X1(T，ZnS比Zn0更難溶于水，因而有利于反應(yīng)正向進(jìn)行。超聲波對(duì)ZnS顆粒的粒度影響最為顯著，超聲波分散后反應(yīng)得到的ZnS顆粒均達(dá)到了納米級(jí)別，否則只能達(dá)到微米級(jí)如圖1點(diǎn)A為反應(yīng)前超聲波分散15分鐘，點(diǎn)B為反應(yīng)后超聲波分散15分鐘，點(diǎn)C為反應(yīng)前后各超聲波分散15分鐘，點(diǎn)D、E、F、G、分別為反應(yīng)前后各超聲波分散5分鐘、10分鐘、20分鐘和25分鐘。圖2(a)、2(b)、2(c)分別為激光粒度儀器測(cè)得水浴攪拌前超聲波分散15min、攪拌后超聲波分散15min及攪拌前后各超聲波分散15min的ZnS粒徑分布圖。Na2S反應(yīng)摩爾濃度對(duì)產(chǎn)品純度影響的關(guān)鍵因數(shù)。圖3為1.125mol/L的Na2S反應(yīng)得到的ZnS的XRD圖譜，圖4為2.0mol/L的Na2S反應(yīng)得到的ZnS的XRD圖譜。由圖譜可見，Na2S反應(yīng)摩爾濃度為1.125mol/L得到的ZnS不純，還有少量未反應(yīng)的ZnO，XRD圖譜上有ZnS的特征峰(l11)、(220)、(311)，為立方晶型的閃鋅礦結(jié)構(gòu)，同時(shí)還顯示了ZnO的特征峰(l00)、(002)、(101)、(110);Na2S反應(yīng)摩爾濃度為2.0mol/L得到的ZnS純度較高，基本沒有其他任何雜質(zhì)峰。圖l超聲波對(duì)ZnS顆粒平均粒度的影響。圖2激光粒度儀器測(cè)得的ZnS粒徑分布圖。圖3Na2S反應(yīng)摩爾濃度為1.125mol/LZnS粉末的XRD圖譜。圖4Na2S反應(yīng)摩爾濃度為2.Omol/LZnS粉末的XRD圖譜。圖5普通ZnO原料的SEM圖。圖6納米ZnS產(chǎn)物的SEM圖。圖7多形貌ZnO原料的SEM。圖8納米ZnS產(chǎn)物的SEM圖。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。本發(fā)明可以按
發(fā)明內(nèi)容所述的任一種方式實(shí)施。實(shí)施例11)將20mLNa2S(2.Omol/L)溶液與2gZnO粉末(形貌如圖1所示)，加入100ml燒杯中并且混合，液固比(L/S)1.2:1，超聲波振蕩分散15min，然后立即倒入100ml的.三口瓶中，連接好直型冷凝管，三口瓶2/3沒入8(TC的水浴中，磁力攪拌2h。反應(yīng)完成后立即用蒸餾水將三口瓶中的產(chǎn)物沖至200ml燒杯中，置于冷水中急冷。抽濾，并用蒸餾水洗滌至濾液滴加CuSO,不變色，再用無水乙醇洗滌三次，最后真空干燥，得到的納米ZnS顆粒的形貌如圖2所示。實(shí)施例2將20mLNa2S(2.Omol/L)溶液與2gZnO粉末(形貌如圖3所示)，加入100ml燒杯中并且混合，液固比(L/S)1.2:1，超聲波振蕩分散15min，然后立即倒入100ml的三口瓶中，連接好直型冷凝管，三口瓶2/3沒入8(TC的水浴中，磁力攪拌2h。反應(yīng)完成后立即用蒸餾水將三口瓶中的產(chǎn)物沖至200ml燒杯中，置于冷水中急冷。抽濾，并用蒸餾水洗滌至濾液滴加CuS04不變色，再用無水乙醇洗滌三次，最后真空干燥，得到的納米ZnS顆粒的形貌如圖4所示。由產(chǎn)品的SEM圖可見，不同形貌的ZnO反應(yīng)所得的ZnS具有相近的形貌。權(quán)利要求1、一種制備納米硫化鋅的方法，其特征在于，將Na2S溶液與ZnO固體粉末混合，其中液固質(zhì)量比為1-1.5∶1，Na2S溶液的濃度為1-3mol/L；并在反應(yīng)前通過超聲波掁蕩分散，在70-90℃溫度下，進(jìn)行磁力攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后得到的產(chǎn)物先用蒸餾水和后用無水乙醇洗滌，真空干燥后即得納米ZnS粉末。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米硫化鋅的方法，其特征在于，所述的超聲波掁蕩分散時(shí)間為10-20min。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米硫化鋅的方法，其特征在于，磁力攪拌反應(yīng)的時(shí)間為1.5-2.5小時(shí)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米硫化鋅的方法，其特征在于，反應(yīng)溫度80°C、N&S摩爾濃度2mol/L，液固比1.2:1。全文摘要一種制備納米硫化鋅的方法，將Na₂S溶液與ZnO固體粉末混合，其中液固質(zhì)量比為1-1.5∶1，Na₂S溶液的濃度為1-3mol/L；并在反應(yīng)前通過超聲波掁蕩分散，在70-90℃溫度下，進(jìn)行磁力攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后得到的產(chǎn)物先用蒸餾水和后用無水乙醇洗滌，真空干燥后即得納米ZnS粉末。本發(fā)明是一種簡單，快捷地制備出高純度、性能良好的納米硫化鋅的方法。文檔編號(hào)C01G9/00GK101264925SQ20081003112公開日2008年9月17日申請(qǐng)日期2008年4月21日優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日發(fā)明者丘克強(qiáng)申請(qǐng)人:中南大學(xué)