水热法制备硫化铅半导体材料及其表征化学学士学位毕业论文(编辑修改稿)

水热法制备硫化铅半导体材料及其表征化学学士学位毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

这些方法都可以得到不同形貌、光学性质的硫化铅 半导体 材料。 其中纳米 PbS 的合成被广泛研究。 PbS纳米材料的合成主 要有 3 个方面 ： 纳米颗粒 (包括量子点 )[11]、纳米棒和不同形貌尺寸的纳米晶的合成。 现己可在胶束、溶胶 凝胶、玻璃、 LB(Langmuio Blogdett)膜、聚合物基体和有机铅盐的分解得到 PbS 纳米颗粒包括量子点 )。 PbS 纳米棒主要是液相法合成[12]。 有人通过模板 [13]和表面活性剂 [14]的方法合成了 PbS 纳米线和纳米棒 ,并分别分散在多孔硅和聚合物中。 Yu 等人 [15]用溶液法合成了封闭的 PbS 纳米线。 (1) 溶胶 凝胶法 该种方法制备工艺过程为 ： 首先制备出金属化合物 ， 然后金属化合物在适当的 溶剂中溶解 ， 经过溶胶、凝胶化过程而固化 ， 再经低温热处理而得到纳米粒子。 该种方法在制备过程中反应物混合均匀 ， 合成温度低 ， 过程易控制 ， 但也存在 它的缺点，即 该方法必须进行后处理才能得到纳米粒子 ， 在后处理过程中易使材料发生团聚。 (2 ) 沉淀法 [16] 沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂 ， 使得原料溶液中的阳离子形成各种形式的沉淀物 ， 然后再经过滤、洗涤、干燥、加热分解等工艺过程而得到纳米粉。 沉淀法由可分为 直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。 直接沉淀法就是使溶液中的某一种金属阳离子发生化学反应而形成沉淀物 ， 其优点是 容易制取高纯度的氧化物纳米粉。 如果原料溶液中有多种成分阳离子 ， 因它们以均相存在于溶液中 ， 所以经沉淀反应后 ， 就可得到各种成分均一的沉淀 ， 它是制备含有两种以上金属元素的复合氧化物纳米粉的重要方法。 共沉淀法是把沉淀剂加人混合后的金属盐溶液中 , 促使各组分均匀混合沉淀 , 然后加热分解以获得超微粒。 采用该法制备超微粒时 , 沉淀剂的过滤、洗涤及溶液的 PH值、浓度、水解速度、干燥方式、热处理等均影响微粒的尺寸大小 共沉淀法因其工艺简单，实现了各沉淀物的原子 /分子级混合，并且易添加其他微量元素，是最常用的方法，但是也容易引 入杂质。 均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢的释放出来 ， 加入溶液中的沉淀剂不立刻与沉淀组分发生发应 ， 而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液缓慢生成。 向盐溶液中直接加沉淀剂 ， 易造成沉淀剂的局部浓度过高 ， 使沉淀中夹杂其他杂质。 采用均匀沉淀法 ， 只要控制好生成沉淀剂的速度 ， 就可避免浓度不均匀现象 ，把过饱和度控制在适当范围内 ， 从而控制离子的生长速率 ， 获得粒度均匀、致密、便于洗涤、纯度高的纳米粒子。 5 (3) 微乳液法 [17] 微乳液是由油、水、表面活性剂和助表面活性剂组成各相同性，热力学稳定、透明或 半透明的胶体分散体系，其分散相尺寸为纳米级，一般可分为油包水 (W/O)和水包油(O/W)两种，微乳液体系中的分散相是一个“微型反应器” ， 为制备纳米材料提供了一个优良的场所。 单民瑜等 [18]以 Span80Tween60 为复合表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂， 120汽油为分散介质，乙酸锌水溶液为水相的反相微乳液体系合成出了立方晶体结构的 ZnS 纳米材料 ， 粒子大小均匀，粒径为 10～ 20nm，且分散性良好。 从微观的角度分析 ， 用表面活性剂界面膜所稳定的微乳液制备超细颗粒 ， 此超细颗粒的特点是粒子表面包裹一层表面 活性剂分子 ， 使粒子间不易聚结通过选择不同的表面活性剂分子可以对粒子表面进行修饰 ， 并控制微粒的大小。 微乳液法作为一种新的制备纳米材料方法 ， 具有实验装置简单、操作方便、应用范围广和能够控制颗粒的粒度等优点。 目前该方法逐渐引起人们的重视 ， 因而有关微乳体系的研究日益增多 ， 但研究尚处于初始阶段。 诸如微乳反应器内的反应原理、反应动力学、热力学和化学工程等有关问题还有待解决 ， 对微乳液聚合动力学的研究也缺乏统一的认识 ， 对聚合工程设计和生产控制理论的研究还不够充分 ， 并没有完全解决微乳液聚合中高乳化剂含量、低单体量这一根本问题。 (4) 水热 /溶剂热法 水热法 (hydrothermal)，是指在特制的密闭反应器 (高压釜 )中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热，在反应体系中产生一个中温、高压的环境而进行无机合成与材料制备的一种方法 [19,20]。 溶剂热技术是最近发展起来的中温液相制备固体材料的新技术。 从原理上，溶剂热技术与水热法十分相似，是水热法的发展。 按研究对象和目的的不同，水热法可分为水热 晶 体生长，水热合成，水热反应，水热处理和水热烧结等。 水热法的最大优点是 一般不需要高温烧结即可直接得到结晶粉末 ， 从而省去了研磨及由此带来的杂质 ， 同时水热法还往往有利于合成亚稳相化合物。 在水热体系中 ， 水处在高压状态下 ， 且温度高于它的正常沸点 ， 这对于反应有非常大的促进作用。 因为液态或气态是传递压力的媒介，而在高压下，绝大多数反应物均能部分溶解于水，这使得反应转为在液相或气相中进行。 因此，水热反应也可以看作为特殊的化学输运反应。 水热合成的反应体系通常有以下几种 : 水系 ， 无机氨系 ， 无机强络合剂系 ， 有机胺系 ， 有机醇系 ， 有机烷烃系 和 其它有机溶剂系。 水热法的具体特点可归纳如下 : ① 水热 制备法采用中温液相控制，能耗相对降低，且适用性广，既可用于大单晶生长，也可用于纳米超微粒子的制备，还可以用于无机陶瓷薄膜的制备。 ② 原料相对廉价易得，反应在液相快速对流中进行，产率高、物相均匀、纯度高、晶型好、形状、尺寸可控。 ③ 水热法过程中可通过调节温度、压力、处理时间、溶液组分、 PH 值、所用前驱物种类和矿化剂的选用等因素，对反应与晶体生长特性进行有效调节和控制。 6 ④ 反应始终密闭在反应釜中进行，可控制反应气氛而形成合适的氧化还原反应条件，实现使用其他手段难以获取的特殊物相 (如 亚稳相 )的生成。 ⑤ 水 热反应尤其有利于那些伴随有对人体健康极其有害的有毒反应体系，可以尽可能地减少环境污染。 近十年来 ， 水热 (溶剂热 )合成在硫族纳米材料制备中取得了相当大的进展 [21,22]， 研究表明 水热 (溶剂热 )方法对纳米晶形貌控制和相控制是简单的、有效的。 低成本、大规模、高质量以及可控的纳米晶 体 合成方法目前对于工业化是高度需要的。 水热溶剂合成法对于可控合成、合成工艺简单、重复性好、合成成本低、大规模生产具有广阔的应用前景。 本实验的研究意义 硫化铅 半导体 材料具有独特的物理、化学性能，在许多领域具有广泛的应用前景，另外 ，微粒的尺寸和形貌决定材料的性能， 因此 硫化铅 米 半导体材料的 合成 及 形貌控制具有重要的实际意义。 基于 水热合成法 的 合成工艺简单、 晶形可控、 重复性好 等优点，本实验采用水热法在不同类型表面活性剂的存在下， 通过改变表面活性剂的量制备不同形貌的硫化铅纳米晶体材料，并对产品进行 了 表征。 2 实验部分 实验 试剂和仪器 本实验所用试剂与仪器如表 1 和 2 所示。 表 1 本实验所用实验试剂 试剂名称 分子式 纯度 /型号 生产厂家 硝酸铅 Pb(NO3)2 分析 型 中国金山化工 厂 硫脲 CS(NH2)2 分析纯 天津市科密欧化学试剂开发中心 聚乙烯砒硌烷酮 PVP 化学 纯 中国享达精细化学品有限公司 十六烷基三 甲基溴化铵 CTAB 分析纯 天津市瑞金特化学品有限公司 无水乙醇 C2H5OH 分析纯。