材料化学专业实验终

《材料化学专业实验终》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、实验一、室温固相反应合成硫化镉半导体材料及差热分析5一、实验目的1、学习室温固相反应法合成半导体材料的方法；2、了解用热分析方法研究化合物的热稳定性；3、练习固液分离操作和加热设备的使用。二、实验原理室温固相反应是近几年发展起来的一种新的研究领域。利用固相反应可以合成液相中不易合成的金属配合物、原子簇化合物、金属配合物的顺反几何异构体，以及不能在液相中稳定存在的固相配合物等。同时，由于固、液相反应过程中的反应机理不同，有时还可能产生不同的反应产物，因而有可能制得一些特殊的材料。利用室温固相反应法合成精细陶瓷材料的研究刚刚兴起。与常用的气

2、相法、液相法及固相粉碎法相比，它具有明显的优点，如合成工艺大大简化、原料的用量及副产物的排放量都显著减少；同时由于减少了中间步骤并且是低温反应，还可以避免粒子团聚，有利于产物纯度提高。CdS是典型的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，在颜料、光电池和敏感材料领域有着重要的应用。其常用的合成方法是镉盐沉淀法和气相反应法。本实验用镉盐与硫化钠在室温一步反应法制备CdS，现象明显，反应速度快。合成产物的结构经X射线衍射分折符合JCPDS卡片100454，分别在26.5°、44°、52°处出现最强的衍射峰(见图1)。CdS的热稳定性可用差热分析(DTA)

3、和热重分析(TG)同时分析。图2是CdS在空气气氛中的DTA-TG曲线，555.7℃的放热峰及伴随的增重现象可认为是CdS被氧化生成了CdSO4，382.3℃的微弱吸热峰和伴随的轻微的失重现象可以为是CdS表面吸附物的脱去或少量CdS被氧化成了CdO。由此表明CdS在500℃以下是稳定的，超过500℃即明显被氧化。图1合成样品的XRD图24图2合成样品的DTA-TG图三、仪器与试剂仪器小研钵，离心试管，小坩埚，多用滴管，烘箱，马弗炉，离心机，差热分析仪或X射线衍射仪(或红外光谱仪)。药品CdSO4(s)[或CdCl2(s)，Cd(NO3

4、)2(s)]，Na2S(s)，1.0mo1·L-1BaCl2溶液，pH试纸。四、固相反应原理固相反应可分为4个阶段：扩散-反应-成核-生长，即在热力学可行的条件下，固相反应的发生起始于两个反应物分子的扩散接触，接着发生化学作用,生成产物分子；当产物分子集积到一定大小，才能出现产物的晶核，从而完成成核过程;随着晶核的长大，达到一定的大小后便出现产物的独立晶相[6]。本文通过充分混合研磨，反应物ZnSO4·7H2O与Na3PO4·12H2O中的结晶水释放出来，在反应物表面形成液膜，使部分反应物溶解，溶解的反应物在液膜中有较快的传质速度，增大

5、了反应物分子间的扩散接触，因而能加快固相反应的进行。另外，反应物在充分混合研磨过程中，反应微粒间互相碰撞，迅速成核，由于固相反应中离子通过各物相的扩散速度相对于溶液中要慢得多，结果晶核不能迅速生长，根据结晶学原理，若成核速度快而生长速度慢，易生成粒径小的产物。本文在室温固相法合成磷酸锌中引入表面活性剂,适量的表面活性剂能有效地降低小粒子的表面能,抑制粒子的团聚现象,有利于得到尺寸较小的粒子。实验发现,加入适量的表面活性剂,可改善产物的分离,烘干后所得到的磷酸锌粉末比较蓬松。五、实验步骤1．按0.5gCdS的产量设计应加入CdSO4·8H

6、2O和Na2S·9H2O的量，用台秤称量后置于小研钵中研磨10-20min，即生成橙红色的CdS。2．将产物用去离子水洗涤五遍以上，上层清液用多用滴管吸出，用pH试纸检验清液的pH值≤6，且用BaCl2检验无沉淀生成为止。得到纯净的CdS沉淀。3．洗净的沉淀转移至离心试管离心分离(或用砂芯漏斗减压过滤)。吸净上层清液后称重，计算产率。244．在自己的离心试管上贴上标签，放入105℃的烘箱中烘干样品(一般需0.5h以上)。此烘干样品可用于进行热分析。如做XRD分析，为了使X射线衍射(XRD)图效果更明显，可将该样品于马弗炉中400℃煅烧1

7、-2h，使晶形趋于完整。5．在差热分析仪上测绘DTA—TG曲线。确定合成产物的热稳定性变化；（1）打开仪器电源，预热20分钟。先在两个小坩锅内分别准确称取CdS和a-Al2O3各5mg。升起加热炉，逆时针方向旋转到左侧。用热源靠近差热电偶的任意一热偶板，若差热笔向右移动，则该端为参比热电偶板，反之，为试样板。用镊子小心将样品放在样品托盘上，参比放在参比托盘上，降下加热炉（注意在欲放下加热炉的时候，务必先把炉体转回原处，然后才能放下炉子，否则会弄断样品架）。（2）打开差热仪主机开关，接通冷却水，控制水的流量约在300ml/min左右。（3

8、）打开平衡记录仪开关，分别将差热笔和温度笔量程置于20mV和10mV上，走纸速率置于30mm/min量程。调节差热仪主机上差热量程为250ºC。（4）将升温速率旋在0刻度，用调零旋纽将温度笔置于差热图纸的最