[发明专利]爆轰合成掺杂金属离子纳米无机硫化物的方法

说明书

技术领域

本发明属于物理化学加工方法技术领域，涉及到一种掺杂金属离子无机硫化物制造方法。

背景技术

掺杂金属离子纳米无机硫化物被作为光导体得到广泛的应用，可以开发太阳电池、感光元件、影像纪录元件等。还可利用其荧光特性广泛开发EL元件，CRT和照明器具等。

通常制造无机硫化物的方法有如下几种：①采用硫化氢与金属、金属盐或有机金属化合物反应；②在水溶液中用硫化钠和金属反应；③用单体硫磺和金属直接反应。再者，作为向无机硫化物中导入其他金属离子的方法，以下几种方法也是众所周知的。如：参考专利文献1中提出的，将无机硫化物和金属盐混合后加热的方法；以及在制造无机硫化物时，直接导入其他金属离子的方法(参考专利文献2)。

另外，人们还发明了使用爆炸来生产纳米金刚石的方法(参考文献3)。

但是，在无机硫化物合成方法①中所使用的硫化氢是有毒的；方法②需要从大量水溶液中进行分离和干燥作业；方法③中存在着对反应和粒子径大小难以控制的问题；这些均是需要解决的技术问题。另外，在专利文献日本特许公开2004-099881号公报中所记载的方法中，由于合成出的硫化物粒子颗粒较大，并且为了得到较高的结晶度，需要经过多次的热处理，因此能耗较高。在专利文献日本特许公开2004-155617号公报中所记载的方法中，硫化物粒子是以较小的粒子凝结在一起的，存在着低硬度、低结晶度问题。而文献Diamond andRelated Materials，Volume11，Issues3-6，March-June2002，Pages 872-876的爆轰合成方法只能用于制造金刚石这种特定的物质。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成无机硫化物的方法，使之获得较高的结晶度，掺杂入其他金属离子，并得到纳米状态粉末。

本发明的技术解决方案是：

首先将无机硫化物纳米粉末和含所需要掺杂金属离子的无机盐混合，配制成含无机盐的混合硫化物；然后再向其中混入火炸药，使之成为爆炸性混合物；通常混合硫化物与火炸药的比例是10∶1～10∶50，最佳的混合比例是10∶2～10∶30；混合硫化物粉末粒度不大于100微米。

将爆炸性混合物置入密封容器内引爆，回收爆炸气体中的固体粉末，就可以得到掺杂金属离子的纳米无机硫化物。另外，在制造这种无机硫化物时，为阻止爆炸产物直接高速撞击到金属容器内壁带来其他金属污染，同时也为了提高硫化物的回收率，在金属容器的内壁上涂覆了缓冲层。

在无机硫化物粉末和需要掺杂的金属无机盐中加入火炸药成份，然后引爆这种混合物后，无机硫化物粉末颗粒之间的火炸药成份爆炸反应成高温、高压气体，对每个硫化物粉末颗粒进行均一的加热。这使得硫化物粉末晶粒得到较为均一的生长条件和相变条件，较常规方法更容易得到均一的晶体结构和晶粒度；高温和高压使要掺杂的金属无机盐分解，释放出的金属离子会掺杂进入硫化物中，高温、高压还会促进金属离子向硫化物粉末的内部扩散，形成均匀掺杂的作用。

在无机硫化物粉末颗粒之间的高温、高压爆炸气体，会发生迅速膨胀，会同时产生两个效果。其一是破碎硫化物颗粒；其二是，气体膨胀降温对硫化物颗粒产生快速冷淬作用，快速固定高温、高压下形成的结晶结构。

显然，由于本发明对每个无机硫化物粉末颗粒有均匀加温(和加压)、隔离粉末颗粒接触、促进掺杂金属离子扩散和快速冷却固定晶体结构的特点，所以适于制造高结晶度、均匀掺杂、均一晶体结构的硫化物的粉末，尤其适于制造这样性能的纳米粉末。

本发明的详细内容如下：

1)在本发明中，所使用的无机硫化物原料组成没有特殊限定，特别是指一些可以跟反应器内残留的氧气等容易发生反应的物质，如象无机硫化物、金属硒化物等包含VI族元素的化合物。对于含有VI族元素的化合物，最理想的是II-VI族化合物。对这里对II-VI族化合物也没有特殊的限定，如：硫化锌、硫化镉、硫化钙、硫化镁、硫化钡、硫化锶、硒化锌、硒化镉、硒化钙、硒化镁、硒化钡、硒化锶等，使用任何一种均可。这些物质既可以单独使用，也可以混合使用。对构成II-VI族化合物的结晶构造也没有特殊限定，可以是单一的六方、立方型晶体，也可以是其混合体。

2)作为原料的无机硫化物混和物至少掺加II-VI族化合物，以及铜、锰、银、金、稀土类元素当中的一种，对其中含有的铜、锰、银、金、稀土类元素的化合物形式没有特殊限制。可以采用单体金属的形式，也可以采用化合物、盐、复杂盐形式。考虑到生成无机硫化物复合体的话，以化合物、盐、复杂盐的形式掺加其中比较理想的。