[发明专利]一种粒径可调控的单分散ZnS胶体微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种粒径可调控的单分散ZnS胶体微球的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：锌源溶液配制、硫源溶液配制、种子溶液制备、生长溶液配制、单分散ZnS胶体微球制备、后处理；与现有技术相比，本发明通过低浓度反应液制备ZnS种子，并将所得种子加入高浓度反应液引导ZnS胶体微球的可控生长，通过改变生长反应液中的浓度即可精确调控制备出粒径范围50‑500nm的单分散ZnS胶体微球，同时本发明的方法操作简便，反应条件安全温和，无需使用无机强酸并且不会浪费反应原料。

技术领域

本发明涉及ZnS胶体微球的制备领域，具体而言，涉及一种粒径可调控的单分散ZnS胶体微球的制备方法。

背景技术

在现有光子晶体研究中，PS、SiO₂和PMMA是最常用的三种构建光子晶体的微球材料，但这些材料的折射率均较低(低于1.6)，导致所制备的光子晶体禁带强度较弱，控光能力差。因此，科研工作者尝试制备高折射率的单分散胶体微球，用于构建拥有强控光能力的光子晶体。ZnS是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料，具有优异的光电转换性质和发光特性，其理论折射率高达2.36，广泛应用于非线性光学器件、发光二极管和激光器等方面。研究发现半导体材料独特的光学性质往往与材料粒径大小及均匀度密切相关，因此实现单分散ZnS纳米胶体微球的可控制备不仅可将其用于光子晶体的构建，还可以进一步研究材料尺寸对其性质的影响规律，促进其实际应用。

国内外研究者对于单分散ZnS胶体微球的可控制备开展了大量研究，并取得了一定成果，其中最常用的方法是以硝酸锌和硫代乙酰胺为前驱体的水热合成法，利用硫代乙酰胺在硝酸的催化下释放S^2-与Zn²⁺反应生成ZnS(参见Krassimir P.Velikov,Alfons vanBlaaderen,Langmuir,2001,17,4779-4786.)。该方法首先将反应液加热反应一段时间，得到粒径分布较宽的不均匀微球产物，此时通过迅速降温促使溶液中均匀成核，得到纳米级的种子；随后通过离心将不均匀产物移除丢弃，再加热反应体系重新生长，最终制备出单分散ZnS胶体微球。该方法虽然可以成功制备出单分散ZnS，但需要进行两次反应，不仅费时费力且需要丢弃不均匀产物，浪费原料，同时由于使用浓硝酸作为催化剂，实验存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种粒径可调控的单分散ZnS胶体微球的制备方法，通过改变生长反应液中的浓度即可精确调控制备出粒径范围50-500nm的单分散ZnS胶体微球，且原料绿色环保，反应条件安全温和。

为解决上述问题，本发明提供一种粒径可调控的单分散ZnS胶体微球的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：

S1、锌源溶液配制：称取锌源和高分子配体溶解于多元醇中，将混合溶液加热至反应温度并溶解后得锌源溶液；

S2、硫源溶液配制：称取硫源加入到多元醇中，配制浓度为1-5mol/L的硫源溶液；

S3、种子溶液制备：将步骤S2制得的硫源溶液加入到步骤S1制得的锌源溶液中，搅拌后将反应器浸入冷水中迅速冷却至室温，得到ZnS的种子溶液；

S4、生长溶液配制：称取锌源、硫源和高分子配体溶解于多元醇中，配制ZnS的生长溶液；

S5、单分散ZnS胶体微球制备：将步骤S3制得的ZnS的种子溶液加入到步骤S4制得的ZnS的生长溶液中，加热至反应温度后保温2-6h得单分散ZnS胶体微球半成品；

S6、后处理：将步骤S5制得的单分散ZnS胶体微球半成品经过清洗后离心处理，并通过干燥、研磨得单分散ZnS胶体微球成品。