以cds为例简介纳米材料的特性与应用

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1、以CdS为例简介纳米材料的特性与应用摘要：纳米材料以其独特的性质，在诸多领域都冇着广阔II重要的应用。可以说，如今人类己逐步踏入了纳米时代，运用纳米技术制成的纳米产品必将给人们的生活带来巨大的改变.在此，本文将主要以CdS纳米半导体为例，来简要介绍一下纳米材料的特性与应用关键词：纳米半导体材料CdS特性应用1.前言1纳米，即10A-9米，相当于将直径0.05毫米的头发丝沿经向平均剖成5万根后每根的厚度。当物体粒子的直径9达到纳米量级时，在常温下即冇可能表现出与块材不同甚至相反的物理化学性质，这些特性在生物、医药、军事等方面有着极为广阔的应用前景，由此而诞生了相关的纳米技术

2、。所谓纳米技术，即是在0.1至100纳米尺寸范围内的科学与工程，其在20世纪90年代初诞生后就一跃而成为最热门课题之一，时至今H，热度仍不减。半导体纳米材料粒子，由于粒径小,粒子仅由数目极少的原子、分子组成，其结构不同于体相材料,粒子表面层占的比重很大。粒子结构的特殊性使其具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。半导体纳米粒子具有一系列新异的力学、电学、磁学、热学、光学及化学特性，涉及许多体相材料所不具备的性能。CdS是一种典型的n-VI族半导体化合物，室温下其禁带宽度为.24e2V。它具冇优异的光电转换特性和发光性能，当CdS粒子的粒径小于其激子

3、的玻尔半径(6nm)时，它能够呈现出明显的量子尺寸效应,同时会出现吸收边和荧光峰的蓝移。由于这些优良的性能而使之成为一个研宄的热点，在发光二极管、太阳能电池、非线性光学器件和其它一些光电器件上都有着广泛的应用。文章就以CdS为例来简要介绍纳米材料的特性与应用。2.特性与应用2.1纳米材料结构、形貌、分类纳米微粒的结构一般与大颗粒的相同，但有时会出现较大的差别。H由于尺寸到纳米量级时，表面能与表面张力的会显著增加，加之此时边界原子的最近邻数低于体内而导致的非键电子对的非排斥力减低，很大程度上会引起颗粒内部，尤其是表面层晶格的畸变。纳米微粒一般为纳米微粒一般为球形或类球形，球

4、形粒子表面上可观察到原子台阶，微粒内部的原子排列比较整齐。除了球形外，纳米微粒还具有各种其他形状，这些形状的出现与制备方法密切相关。纳米微粒材料根据维空间中未被纳米尺度约束的自由度计，大致分为零维的纳米粉末(纳米颗粒和原子团簇)、一维纳米纤维管、二维纳米膜、三维纳米块体等。天然存在的CdS冇方硫镉矿、硫镉矿，其中方硫镉矿为闪锌矿结构类型，硫镉矿为纤锌矿结构类型（见图1）。通过不同的合成方式，即可得到不同形貌、结构的CdS纳米半导体材料，目前对CdS的研究已涵盖了纳米颗粒、纳米线、纳米棒等。例如：利用硫脲合成、修饰CdS纳米粒子，当样品稳定下来，结构趋于完善后，测量可知其为

5、立方闪锌矿结构类型，且由XRD衍射峰对比修饰前后，可发现立方CdS的（111）、（220）、（311）三个衍射峰均有明显的宽化现象，此即为小尺寸影响下晶格的略显不司（图2.a）。再如单独利用乙二胺为溶剂合成得到CdS纳米粒子（纳米棒），得到的CdS粉末为六方纤锌矿结构晶型。此外，利用CdCI2*2H2O与硫脲混合熔解合成最终得到的CdS纳米材料，在SEM低倍镜下，形貌为树枝杈状（图2.b）方琉镉矿琉镉矿（闪锌矿结构类型〉〈纤维i轩r结构1:CdS结构类型d{ni/AIISSUIb22.2纳米材料的性质相较普通材料而言，纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量

6、子隧道效应。2.2.1小尺寸效应当微粒的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏;非品态纳米微粒表而层附近的原子密度减小，导致其声、光、电、磁、热力学等宏观物理特性将会呈现出明显的小尺寸效应。此时，物质的热力学、光、电磁、声等性质会发生显著改变。例如，熔点不在为块材吋的固定状态，而是随粒经降低而迅2.2纳米材料的性质相较普通材料而言，纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。2.2.1小尺寸效应当微粒的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏;非

7、品态纳米微粒表而层附近的原子密度减小，导致其声、光、电、磁、热力学等宏观物理特性将会呈现出明显的小尺寸效应。此时，物质的热力学、光、电磁、声等性质会发生显著改变。例如，熔点不在为块材吋的固定状态，而是随粒经降低而迅速降低，块状金熔点为1337K,但2nm佥颗粒熔点仅为600K;纳米颗粒的磁学性庾与体相材料完全不一样，体相纯铁的矫顽力约为80A/m,而颗粒直径小于20nm时，其矫顽力增加了1000倍。当直径小于6mn时，其矫顽力反而为0,呈现出超顺磁性；对于光学性质，金属纳米颗粒对光的反射率很低通常小于1%,大约几微米的厚度就可