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同质异构ZnS核/壳纳米结构

已有 9019 次阅读 2010-6-25 08:34 |个人分类:论文交流|系统分类:论文交流| 纳米, 结构, ZnS

 
A

ZnS具有多种优异的性能,在很多领域具有应用。ZnS是一种宽带隙半导体,是除AlNMgS外,带隙最宽的半导体;它的电子和空穴复合不需声子协助,发光效率高;而且ZnS的激子激活能为40meV,远高于室温热能26meV,室温激子有条件存在,可以实现在结晶好的ZnS纳米材料中产生室温激子发光;ZnS是迄今为止粉末电致发光的最佳基质,可用于等离子及电致发光、平板显示(如场发射显示)、阴极射线管(用于雷达、电视及示波器),传感器(对X–射线、γ一射线进行探测)等许多领域;也可用于制作光电(太阳能)敏感元件、纳米材料激光制作及用于制造特殊波长控制的光电识别标志的激光涂层。ZnS也是一种红外光学材料,在3 ~ 5μm8 ~ 12μm波段具有较高的红外透过率及优良的光、机、热学综合性能,是最佳的飞行器双波段红外观察窗口和头罩材料。此外,ZnS对低浓度的还原性较强的H2S气体有很高的灵敏度,而且抗干扰能力强。

 

硫化锌有两种常见的晶体结构,即立方相的闪锌矿结构(zinc blind)和六方相的纤锌矿结构(wurtzite。在这两种晶格结构中,金属锌离子(Zn2)处于硫离子(S2-)密堆积所形成的四面体空隙中,构成ZnS4配位四面体。这些配位四面体通过共享顶点互相连接而组成三维空间周期性的网络结构。尽管两种晶体结构的配位环境相同,但是由于锌离子只是占据了一半的四面体空隙,由此而引起的配位四面体在堆积方式上的差异便产生了不同的对称性,生成了不同的晶体结构。纯的闪锌矿结构在1020℃转变为纤锌矿型,但杂质的存在会降低转变温度。

最近,我们采用水热法合成了由立方相和六方相ZnS组成的具有核壳结构的复合材料,如下图所示:



  

     从上图TEM照片可以发现样品由一个比较大的“核心”及包覆在外面的细小颗粒组成,XRD结果如下图所示:

 



      从XRD明显观察到两套谱图:比较尖锐的(表明晶粒很大结晶较好)是六方相ZnS,比较宽化的(小晶粒造成XRD谱峰宽化)是立方相ZnS。因此可以推断,我们合成的复合材料是以六方相ZnS为核心,壳层由晶粒细小的立方ZnS所组成。其生长机理可能是存在两个速率不同的反应所致:一个是反应速率比较快的S2-和Zn2+的化合反应,生成晶粒细小的立方ZnS,另一个是以六方ZnO为模板,S2-逐渐取代O2-,“自牺牲模板法”生成晶粒较大的六方ZnS。   论文发表在Nanoscale Res. Lett. 5, 1124-1127 (2010)

附件:论文全文

论文全文

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