[发明专利]立方晶型硫化锌纳米粒子及由其制备的纳米复合光学薄膜

说明书

技术领域

本发明属于硫化锌纳米粒子技术领域，具体涉及一种立方晶型硫化锌纳米粒子 以及应用该纳米粒子制备的纳米复合光学材料薄膜。这种复合光学材料薄膜可表现 出荧光、高折射率中的一种或两种光学性能，在光学、光电器件等方面具有广泛的 应用。

背景技术

随着半导体纳米粒子尺寸的减小，半导体纳米粒子将表现出与体相材料截然不 同的性质。比如，量子尺寸效应、量子限域效应、非线性光学效应，等等。其发光、 磁性等光电性能也得到重视和应用。

硫化锌(ZnS)是一种重要的宽带隙半导体材料，在室温条件下其带隙宽度可达到 3.66eV。ZnS半导体材料在光催化、红外窗口、光电器件、传感器、光通信方面 有广阔的应用前景。

目前制备硫化锌纳米粒子的方法很多，其中可以分为两大类，一类是在高温条 件下油相合成硫化锌纳米粒子，通常是在油胺或油酸等高沸点溶剂中，以醋酸锌、 硝酸锌、氯化锌等作为锌源，硫、硫脲、硫代乙酰胺等作为硫源，油相中合成硫化 锌纳米粒子；或者是利用二硫代氨基甲酸锌类的化合物，在高温油相中分解生成硫 化锌纳米粒子。这种方法可以得到晶型好，尺寸单分散性良好，稳定性好的硫化锌 纳米粒子，缺点是操作比较麻烦，需要高温，无氧条件制备。而且，分离困难，使 得进一步应用硫化锌纳米粒子变得困难。第二种是湿化学法制备硫化锌纳米粒子： (1)在水溶液中制备硫化锌纳米粒子，例如在醋酸锌水溶液中通入硫化氢，或者加入 硫化钠来制备硫化锌纳米粒子。为了保持粒子的稳定分散性，通常还加入巯基乙醇， 巯基丙酸，或者硫甘油，谷胱甘肽等含有巯基的化合物进行稳定。但是这类化合物 通常气味难闻，有毒。(2)也可在二甲基甲酰胺中合成硫化锌纳米粒子。通常湿化学 法合成的纳米粒子不稳定，很难在溶液中均匀分散，从而出现大量沉淀。因此如何 制备尺寸可控，无巯基化合物的，良好分散性的半导体纳米粒子仍然是个挑战。

对于制备的纳米粒子，通常通过和聚合物复合制备纳米复合材料实现其功能化， 器件应用化。但是，由于纳米粒子容易出现聚积，常常和聚合物出现分相，从而降 低材料的性能。因此，如何进一步实现纳米粒子和聚合物复合也是一个亟待解决的 问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成立方晶型硫化锌纳米粒子的方法，可以在多元醇 中合成均匀分散的硫化锌纳米粒子，经过减压蒸馏浓缩、反沉淀、离心、洗涤、干 燥等处理后得到的粉末可以重新分散到原溶剂中。

本发明的另一个目的是提供一种应用该硫化锌纳米粒子制备的纳米复合光学材 料薄膜，这种复合光学材料薄膜可表现出荧光、高折射率中的一种或两种光学性能， 在光学、光电器件等方面具有广泛的应用。

本发明所述的硫化锌纳米粒子，其由如下方法制备：

将锌源和硫源加入到多元醇中，再加入多醇胺，通过加热回流或者溶剂热的方 法制备得到透明的硫化锌纳米粒子分散溶液，再将分散液进行减压蒸馏浓缩，在丙 酮中沉淀，再将沉淀离心干燥，可以得到硫化锌纳米粒子的粉末；进而再将硫化锌 纳米粒子的粉末加入到多元醇中，经过超声可以使纳米粒子重新分散到多元醇中， 得到透明的溶液。

锌源可以为氯化锌、硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌等；硫源为硫脲、硫代乙酰胺等； 多元醇可以为乙二醇、一缩二乙二醇、甘油等；多醇胺可以为单乙醇胺、二乙醇胺、 三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、三羟甲基氨基甲烷等。

加热回流或者溶剂热的反应温度可以是70～250摄氏度，反应时间可以是3～24 小时。

锌离子在整个反应体系中的浓度可以是0.001～1mol/L，硫源在整个反应体系中 浓度范围为0.001～1mol/L，多醇胺在整个反应体系中浓度可以是0.001～60vol％。 得到的硫化锌纳米粒子的尺寸从1nm到800nm。

进一步的，锌离子在整个反应体系中的浓度可以是0.01～1mol/L，硫源在整个 反应体系中浓度范围为0.01～1mol/L，多醇胺在整个反应体系中浓度可以是0.01～20 vol％。

再进一步的，锌离子在整个反应体系中的浓度可以是0.05～0.5mol/L，硫源在 整个反应体系中浓度范围为0.05～0.5mol/L，多醇胺在整个反应体系中浓度可以是 1～10vol％。