硫化鎘納米材料應用及其固相合成方法研究

王路瑤

摘要 硫化鎘是硫屬半導體化合物中的一種直接帶隙的光電半導體材料，因其較寬的禁帶范圍以及特殊的結構等特性，使得其在光學、電學、磁學、催化等方面有著廣泛的應用，并占據非常重要的地位。本文重點研究硫化鎘納米材料應用及其固相合成方法。

關鍵詞 硫化鎘；固相合成；納米材料

中圖分類號 TQ13 文獻標識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）12—0014—02

納米材料有介電效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、小尺寸效應等多種特質，那么，將硫化鎘納米化則可以賦予這種材料不同的性質。納米CdS在傳感器、紅外窗口材料、太陽能電池、發光二極管等領域有很大的發展應用前景，另外，它具有的二階非線性光學特性，現今的通信體系和發射和儲備光信號的中心問題就是這一光學特性現象，因此人們高度重視硫化鎘納米材料的制備與合成。目前，CdS納米的制備大體上可分為固相合成法、液相合成法、氣相合成法3種，而氣相合成法條件要求較高，用此法合成納米CdS并不常見，固相與液相合成則較為普遍，且分屬于這2類的方法也較多。

1硫化鎘納米材料的應用現狀

納米硫化鎘有很多特性，且有非常特別的光電性質，它在諸多領域都有很好的應用，如物理、材料、化學等學科。目前，它在太陽能轉化、傳感器、金屬測定、生物檢測等方面的應用較為常見，并且其二階非線性光學特性已被發現，同時也越來越得到人們的重視。多晶薄膜太陽能電池的轉化效率高、原理簡單，適合廣泛應用，敖建平等在醋酸鎘體系中沉積硫化鎘半導體薄膜，用六方晶與立方晶混合的硫化鎘作為CIGS太陽能電池的緩沖層，有很高的電池的光電轉化效率。CdS納米材料的比表面、活性較高，使得其在可以應用到傳感器方面。夏青等經過合成得到了具備特殊核桃狀形貌的納米小球，增加了粒子的比表面積，非常有利于構造硫化鎘基因型傳感器，且其靈敏度高，穩定性好。納米硫化鎘材料易于吸收可見光，而且效果好，并能利用可見光，為光催化創造了良好的條件，因此又有在降解污染物方面得到了重視。功能性硫化鎘納米粒子的發射光譜效果好，不但窄而且對稱性好；熒光量子的產出量較高；斯托克斯位移大；穩定性好，適合做熒光探針的原材料，也許會很大程度上提高分析靈敏度和選擇性。硫化鎘量子點在金屬離子、核酸等檢測方面都有應用。另外，新的研究對非線性光學極為重視，有人合成了含硫化鎘的的非線性復合光學產品，發現其非線性光學特質在一般溫度下的穩定性非常好，因而，在通訊和開關的光學技術方面以及提高成像效果、信息處理上的應用都成為可能。

但是，有研究發現納米狀態的cd²⁺對細胞具有毒性，因此對于毒性機制的研究則有待加強，前人已有相關研究，但并未完全解決這一問題。張靜姝等對硫化鎘納米材料在大鼠肺臟、肝臟、腎臟、睪丸中cd²⁺蓄積情況進行分析，發現在肝臟中有蓄積并推測納米硫化鎘材料對肝臟可能產生毒性，后又進一步研究，發現納米硫化鎘對人體胚肝細胞（L-02）具有損傷作用。

綜上所述，納米硫化鎘材料的應用具有非常可觀的價值，雖然也有些問題存在，但不能否定其巨大的應用價值，因此，對納米鎘材料需進一步深入，為各個領域提供有力的支持。

2固相合成納米硫化鎘

2.1機械粉碎法

機械粉碎法顧名思義就是通過機械的方式將固體物質進行粉碎細化，對于硫化鎘納米材料，用此法得到的納米顆粒其粒子直徑很難達到低于10hm的要求，同時很難把握粒子狀態，且粉碎過程當中會有雜質混入的可能，將其應用到生產中則難以滿足相應要求。

2.2固相反應法

固相化學反應法較之其他方法具有諸多優點：工藝簡潔、容易控制反應條件、不需要溶劑、顆粒均勻、具有較好穩定性且產率高。基于以上特點，對此方法的研究較為普遍，同時目前多為室溫固相合成法及低溫合成法的研究。該法是將硫化物、鎘鹽直接研磨并相混，在物理作用下形成化學效應合成納米粒子的方法。

我國早期用固相法和成的納米硫化鎘顆粒較大，楊瑞林等以氫氧化鎘和臭堿為原料，甲苯為分散劑，在室溫下研磨、清洗、制干后得到粒徑為60hm上下的硫化鎘粉狀材料。隨著研究的不斷深入，近些年的研究也取得了良好的成效。唐文華等以TAA與CdCl₂，為質料，用低溫固相反應法獲得了納米硫化鎘的結構為立方晶體，顆粒直徑約為15nm～25nm，同時與室溫固相法和均勻沉淀法進行了比較，其產物的粒徑分布比室溫固相法均勻，而形貌尺寸明顯大于均勻沉淀法。婁向東等將氯化鎘和臭堿等比例混合于瑪瑙研缽中，研磨后，獲得糊狀體，干燥后得粉末樣品，將其分別在400℃和600℃下燒結，再對獲得的粉狀物質進行表征，所得XRD圖譜無雜質峰，與標準樣品保持一致，且衍射峰是非常尖銳的，說明硫化鎘在此溫度能達到很好的結晶效果，并都呈六方形晶體狀；TEM結果發現，粒徑隨燒結溫度的變化而變化。曹沽明等用微波輔助常溫固相反應與表面活性劑共同使用的方式合成硫化鎘納米粒子，選用聚乙二醇400為表面活性劑，將產物分成3份各自加入PTFE容器中，選擇不同的微波加熱時間長度，經XRD、TEM、SEM表征，得到延長微波加熱時間對納米粒子的晶型轉變，對粒徑的影響不大的結果。劉勁松嘗試用有機低溫熔鹽法合成硫化鎘納米材料，以尿素氯化膽堿有機熔鹽法140℃反應溫度下合成了純凈的六方CdS納米材料，其直徑在5nm左右，但粒子較為團聚，但方法簡單實用，表明了低溫熔鹽有望用于實際生產中。

固相反應合成是一種不可取代的方法，它不易產生聚團現象并具有以上諸多優點，因此，對固相合成法合成納米CdS更加深入的研究并應用具有重要意義。endprint