本發(fā)明涉及一種硫化鋅薄膜的制備方法，屬于薄膜制備技術領域。

背景技術：

ZnS作為一種性能優(yōu)良的光學、電學和光電一體化材料，具有極大的應用價值。ZnS是禁帶寬度為3.6eV的電子過剩型本征半導體。固態(tài)ZnS受紫外線輻射(低于335納米)、陰極射線、X射線、γ射線以及電場(電熒光)激發(fā)時產(chǎn)生輻射，是一種很好的熒光材料。同時，在8-12微米波段，ZnS具有良好的紅外透光率，并具有較高熔點，可用來作為紅外窗口材料，廣泛應用于制作光激發(fā)二極管、抗反射鍍層、大功率紅外激光器窗口和紅外吊艙窗口以及導彈光罩等。

ZnS薄膜的純度不高，且發(fā)光效率較低。利用化學反應方法制得的ZnS材料能在一定程度上克服以上缺點，獲得較為理想的材料。如用化學氣相沉積方法可以制得納米晶ZnS薄膜，且純度高、發(fā)光效率高，但工藝設備成本高，反應條件難控制，且摻雜困難。用普通化學方法，如化學浴法、溶膠-凝膠法能制取純度高、粒徑均勻、但是缺乏經(jīng)濟有效的反應前驅物，通常采用地反應物大都為金屬有機化合物和有機硫代物，反應效果好，產(chǎn)物純度高，但價格昂貴。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題：針對ZnS薄膜的純度不高，且發(fā)光效率較低，或者制備成本高，反應條件難以控制的問題，提供了一種將硝酸鋅溶液與碳酸鈉溶液混合攪拌，形成碳酸鋅沉淀，將碳酸鋅沉淀用乙醇溶液洗滌，去除沉淀表面的硝酸鋅與碳酸鈉后，將碳酸鋅沉淀制成燒結管，外面包覆一層不銹鋼薄膜，制成鍍不銹鋼燒結管，再將甲硫氨酸溶液與沼液混合，進行發(fā)酵，收集發(fā)酵后產(chǎn)生的氣體，將氣體通入濃硫酸中，去除氣體中的氨氣和水，再收集氣體，得硫化氫混合氣，將其通入鍍不銹鋼燒結管中，在高溫下，碳酸鈉分解成氧化鋅，氧化鋅再與硫化氫混合氣反應，即可生成一層硫化鋅薄膜。本發(fā)明制備的硫化鋅薄膜純度高，發(fā)光效率高。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下所述的技術方案是：

（1）按質量比1:1，將質量濃度為1.2mol/L硝酸鋅溶液與質量濃度為0.75mol/L碳酸鈉溶液混合均勻后，置于燒杯中，并對其攪拌，控制攪拌速率為110～150r/min，攪拌直至無沉淀產(chǎn)生，過濾，收集碳酸鋅沉淀；

（2）將上述收集的碳酸鋅沉淀用質量分數(shù)為35％乙醇溶液洗滌2～3次后，置于馬弗爐中，并向馬弗爐中充入氮氣，排除馬弗爐中的空氣后，對馬弗爐進行加熱至120～150℃，加熱至洗滌后的碳酸鋅沉淀呈熔融狀，將熔融物裝入至模具中，并將模具填實后，將裝好的模具放入烘箱中，加熱至230～290℃，加熱保溫1～2h后，脫模，制備得燒結管；

（3）將上述制備的燒結管四周使用金屬蒸鍍機蒸鍍不銹鋼金屬膜，控制膜的厚度為3～5mm，真空度為1000～1500Torr，得到鍍不銹鋼燒結管，備用；

（4）量取300～450mL質量分數(shù)為25％甲硫氨酸溶液，將其置于發(fā)酵罐中，并向發(fā)酵罐中加入甲硫氨酸溶液質量5～7％沼液，攪拌混合均勻后，將發(fā)酵罐密封，并控制發(fā)酵罐溫度為28～32℃，發(fā)酵4～5天后，收集發(fā)酵罐中的氣體，并將收集的氣體通入質量分數(shù)為85％濃硫酸中，再次收集氣體，得硫化氫混合氣；

（5）將步驟（3）制備的不銹鋼燒結管置于反應釜內，并向反應釜內充入氮氣，排除空氣后，再將上述制備的硫化氫混合氣充入反應釜內，排除反應釜內的氮氣后，對反應釜進行加熱，控制溫度為240～260℃，反應1～2h后，靜置冷卻至室溫，取出燒結管；

（6）取出燒結管內部高溫燒結形成的薄膜，并用無水乙醇洗滌2～3次后，置于溫度為70～80℃的烘箱中烘干1～2h，即可制備得硫化鋅薄膜。

本發(fā)明制備的硫化鋅薄膜厚度為450～550nm，在300℃時，禁帶寬度為3.7eV；波長大于600nm時，透射率高于80％。

本發(fā)明的原理：將硝酸鋅溶液與碳酸鈉溶液混合攪拌，形成碳酸鋅沉淀，將碳酸鋅沉淀用乙醇溶液洗滌，去除沉淀表面的硝酸鋅與碳酸鈉后，將碳酸鋅沉淀制成燒結管，外面包覆一層不銹鋼薄膜，制成鍍不銹鋼燒結管，再將甲硫氨酸溶液與沼液混合，進行發(fā)酵，收集發(fā)酵后產(chǎn)生的氣體，將氣體通入濃硫酸中，去除氣體中的氨氣和水，再收集氣體，得硫化氫混合氣，將其通入鍍不銹鋼燒結管中，在高溫下，碳酸鈉分解成氧化鋅，氧化鋅再與硫化氫混合氣反應，即可生成一層硫化鋅薄膜。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術效果是：

（1）本發(fā)明制備的硫化鋅薄膜純度高，高達99％以上；

（2）波長大于600nm時，透射率高于80％；

（3）本發(fā)明制備步驟簡單，所需成本低。

具體實施方式

首先按質量比1:1，將質量濃度為1.2mol/L硝酸鋅溶液與質量濃度為0.75mol/L碳酸鈉溶液混合均勻后，置于燒杯中，并對其攪拌，控制攪拌速率為110～150r/min，攪拌直至無沉淀產(chǎn)生，過濾，收集碳酸鋅沉淀；將上述收集的碳酸鋅沉淀用質量分數(shù)為35％乙醇溶液洗滌2～3次后，置于馬弗爐中，并向馬弗爐中充入氮氣，排除馬弗爐中的空氣后，對馬弗爐進行加熱至120～150℃，加熱至洗滌后的碳酸鋅沉淀呈熔融狀，將熔融物裝入至模具中，并將模具填實后，將裝好的模具放入烘箱中，加熱至230～290℃，加熱保溫1～2h后，脫模，制備得燒結管；再將上述制備的燒結管四周使用金屬蒸鍍機蒸鍍不銹鋼金屬膜，控制膜的厚度為3～5mm，真空度為1000～1500Torr，得到鍍不銹鋼燒結管，備用；量取300～450mL質量分數(shù)為25％甲硫氨酸溶液，將其置于發(fā)酵罐中，并向發(fā)酵罐中加入甲硫氨酸溶液質量5～7％沼液，攪拌混合均勻后，將發(fā)酵罐密封，并控制發(fā)酵罐溫度為28～32℃，發(fā)酵4～5天后，收集發(fā)酵罐中的氣體，并將收集的氣體通入質量分數(shù)為85％濃硫酸中，再次收集氣體，得硫化氫混合氣；接著將制備的不銹鋼燒結管置于反應釜內，并向反應釜內充入氮氣，排除空氣后，再將上述制備的硫化氫混合氣充入反應釜內，排除反應釜內的氮氣后，對反應釜進行加熱，控制溫度為240～260℃，反應1～2h后，靜置冷卻至室溫，取出燒結管；最后取出燒結管內部高溫燒結形成的薄膜，并用無水乙醇洗滌2～3次后，置于溫度為70～80℃的烘箱中烘干1～2h，即可制備得硫化鋅薄膜。

實例1

首先按質量比1:1，將質量濃度為1.2mol/L硝酸鋅溶液與質量濃度為0.75mol/L碳酸鈉溶液混合均勻后，置于燒杯中，并對其攪拌，控制攪拌速率為150r/min，攪拌直至無沉淀產(chǎn)生，過濾，收集碳酸鋅沉淀；將上述收集的碳酸鋅沉淀用質量分數(shù)為35％乙醇溶液洗滌3次后，置于馬弗爐中，并向馬弗爐中充入氮氣，排除馬弗爐中的空氣后，對馬弗爐進行加熱至150℃，加熱至洗滌后的碳酸鋅沉淀呈熔融狀，將熔融物裝入至模具中，并將模具填實后，將裝好的模具放入烘箱中，加熱至290℃，加熱保溫2h后，脫模，制備得燒結管；再將上述制備的燒結管四周使用金屬蒸鍍機蒸鍍不銹鋼金屬膜，控制膜的厚度為5mm，真空度為1500Torr，得到鍍不銹鋼燒結管，備用；量取450mL質量分數(shù)為25％甲硫氨酸溶液，將其置于發(fā)酵罐中，并向發(fā)酵罐中加入甲硫氨酸溶液質量7％沼液，攪拌混合均勻后，將發(fā)酵罐密封，并控制發(fā)酵罐溫度為32℃，發(fā)酵5天后，收集發(fā)酵罐中的氣體，并將收集的氣體通入質量分數(shù)為85％濃硫酸中，再次收集氣體，得硫化氫混合氣；接著將制備的不銹鋼燒結管置于反應釜內，并向反應釜內充入氮氣，排除空氣后，再將上述制備的硫化氫混合氣充入反應釜內，排除反應釜內的氮氣后，對反應釜進行加熱，控制溫度為260℃，反應2h后，靜置冷卻至室溫，取出燒結管；最后取出燒結管內部高溫燒結形成的薄膜，并用無水乙醇洗滌3次后，置于溫度為80℃的烘箱中烘干2h，即可制備得硫化鋅薄膜。經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的硫化鋅薄膜純度高，高達99.2％；波長為620nm時，透射率為82％。

實例2

首先按質量比1:1，將質量濃度為1.2mol/L硝酸鋅溶液與質量濃度為0.75mol/L碳酸鈉溶液混合均勻后，置于燒杯中，并對其攪拌，控制攪拌速率為150r/min，攪拌直至無沉淀產(chǎn)生，過濾，收集碳酸鋅沉淀；將上述收集的碳酸鋅沉淀用質量分數(shù)為35％乙醇溶液洗滌2次后，置于馬弗爐中，并向馬弗爐中充入氮氣，排除馬弗爐中的空氣后，對馬弗爐進行加熱至130℃，加熱至洗滌后的碳酸鋅沉淀呈熔融狀，將熔融物裝入至模具中，并將模具填實后，將裝好的模具放入烘箱中，加熱至270℃，加熱保溫1h后，脫模，制備得燒結管；再將上述制備的燒結管四周使用金屬蒸鍍機蒸鍍不銹鋼金屬膜，控制膜的厚度為4mm，真空度為1000Torr，得到鍍不銹鋼燒結管，備用；量取300mL質量分數(shù)為25％甲硫氨酸溶液，將其置于發(fā)酵罐中，并向發(fā)酵罐中加入甲硫氨酸溶液質量5％沼液，攪拌混合均勻后，將發(fā)酵罐密封，并控制發(fā)酵罐溫度為28℃，發(fā)酵4天后，收集發(fā)酵罐中的氣體，并將收集的氣體通入質量分數(shù)為85％濃硫酸中，再次收集氣體，得硫化氫混合氣；接著將制備的不銹鋼燒結管置于反應釜內，并向反應釜內充入氮氣，排除空氣后，再將上述制備的硫化氫混合氣充入反應釜內，排除反應釜內的氮氣后，對反應釜進行加熱，控制溫度為240℃，反應1h后，靜置冷卻至室溫，取出燒結管；最后取出燒結管內部高溫燒結形成的薄膜，并用無水乙醇洗滌2次后，置于溫度為70℃的烘箱中烘干1h，即可制備得硫化鋅薄膜。經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的硫化鋅薄膜純度高，高達99.3％；波長為625nm時，透射率為83％。

實例3

首先按質量比1:1，將質量濃度為1.2mol/L硝酸鋅溶液與質量濃度為0.75mol/L碳酸鈉溶液混合均勻后，置于燒杯中，并對其攪拌，控制攪拌速率為120r/min，攪拌直至無沉淀產(chǎn)生，過濾，收集碳酸鋅沉淀；將上述收集的碳酸鋅沉淀用質量分數(shù)為35％乙醇溶液洗滌2次后，置于馬弗爐中，并向馬弗爐中充入氮氣，排除馬弗爐中的空氣后，對馬弗爐進行加熱至130℃，加熱至洗滌后的碳酸鋅沉淀呈熔融狀，將熔融物裝入至模具中，并將模具填實后，將裝好的模具放入烘箱中，加熱至270℃，加熱保溫2h后，脫模，制備得燒結管；再將上述制備的燒結管四周使用金屬蒸鍍機蒸鍍不銹鋼金屬膜，控制膜的厚度為4mm，真空度為1200Torr，得到鍍不銹鋼燒結管，備用；量取350mL質量分數(shù)為25％甲硫氨酸溶液，將其置于發(fā)酵罐中，并向發(fā)酵罐中加入甲硫氨酸溶液質量6％沼液，攪拌混合均勻后，將發(fā)酵罐密封，并控制發(fā)酵罐溫度為30℃，發(fā)酵4天后，收集發(fā)酵罐中的氣體，并將收集的氣體通入質量分數(shù)為85％濃硫酸中，再次收集氣體，得硫化氫混合氣；接著將制備的不銹鋼燒結管置于反應釜內，并向反應釜內充入氮氣，排除空氣后，再將上述制備的硫化氫混合氣充入反應釜內，排除反應釜內的氮氣后，對反應釜進行加熱，控制溫度為250℃，反應1h后，靜置冷卻至室溫，取出燒結管；最后取出燒結管內部高溫燒結形成的薄膜，并用無水乙醇洗滌2次后，置于溫度為75℃的烘箱中烘干1h，即可制備得硫化鋅薄膜。經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的硫化鋅薄膜純度高，高達99.1％；波長為630nm時，透射率為81％。