[發(fā)明專(zhuān)利]一種硫化銅摻雜的立方晶型硫化鋅材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210136989.X
• 申請(qǐng)日: 2012-05-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103382576A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李殿卿;陳作錦;馮擁軍;馮俊婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/48
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/48;C30B7/14
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 何俊玲

所屬領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硫化銅摻雜的立方晶型硫化鋅材料及其制備方法，該材料是一種高效紅外透過(guò)材料。

背景技術(shù)

紅外透過(guò)材料主要作為紅外探測(cè)器和飛行器的窗口、頭罩和整流罩等材料，該材料在要求的工作波段具有高紅外線透過(guò)率的材料，保證紅外設(shè)備能夠得到足夠的目標(biāo)紅外輻射信息，準(zhǔn)確可靠的獲取目標(biāo)信息，進(jìn)而確保探測(cè)的準(zhǔn)確性；同時(shí)，還能保護(hù)紅外設(shè)備不受外界高溫、化學(xué)煙霧、風(fēng)沙雨雪等惡劣環(huán)境的損傷。硫化鋅ZnS是一種優(yōu)良的紅外透過(guò)材料，在3～5μm（3333～2000cm^-1）和8～12μm（1250～833cm^-1）波段具有高的紅外透過(guò)率及出色的機(jī)械熱學(xué)等綜合性能，是最佳的飛行器雙波段紅外觀察窗口和整流罩材料。國(guó)外已采用ZnS作為戰(zhàn)斗機(jī)攜帶的夜間低空導(dǎo)航、紅外瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的吊艙窗口以及Learjel飛機(jī)的窗口等。國(guó)內(nèi)也選用鍍膜處理ZnS作為飛機(jī)機(jī)載成像探測(cè)系統(tǒng)的吊艙窗口。

在紅外透過(guò)材料中普遍應(yīng)用的ZnS材料分為兩種：?jiǎn)尉nS紅外透過(guò)材料和多晶ZnS紅外透過(guò)材料。單晶ZnS紅外透過(guò)材料由于生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、加工工藝復(fù)雜和材料利用率低等缺點(diǎn)，只適用于制作小尺寸的光學(xué)元件。多晶ZnS紅外透過(guò)材料中應(yīng)用廣泛的是熱壓多晶ZnS紅外透過(guò)材料，相對(duì)于單晶材料，其制備過(guò)程簡(jiǎn)單、材料利用率高且適用于制備大尺寸的光學(xué)元件。熱壓多晶ZnS材料的性能和原材料（及用于熱壓工藝的ZnS粉體材料）有緊密的關(guān)系，例如，多晶ZnS材料的化學(xué)穩(wěn)定性由原材料的化學(xué)性質(zhì)決定，多晶ZnS材料的紅外透過(guò)性能受原材料紅外透過(guò)性能的影響，多晶ZnS材料的晶粒尺寸很大程度由原材料顆粒大小決定。

ZnS有兩種晶型：立方晶型（β-ZnS，稱為閃鋅礦）和六方晶型（α-ZnS，稱為纖鋅礦）。自然界中穩(wěn)定存在且用作紅外透過(guò)材料的是立方相的β-ZnS，但是立方相的β-ZnS會(huì)在1020℃變成由β-ZnS的多晶相構(gòu)成的α-ZnS，在低溫下很難得到α-ZnS。ZnS的相變溫度隨粉體粒徑的減小而減小，例如當(dāng)ZnS顆粒尺寸為2.8nm時(shí)，由立方相轉(zhuǎn)變?yōu)榱较嗟南嘧儨囟葹?00℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1020℃。因此，在熱壓過(guò)程中（溫度范圍是770～960℃）ZnS原材料常會(huì)出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致得到的熱壓多晶ZnS材料中含有少量的六方相ZnS雜質(zhì)，這些雜質(zhì)常會(huì)成為散射的中心，降低材料的紅外透過(guò)率，影響材料的紅外性能。

文獻(xiàn)[1]Heng?Zhi?Zeng,Ke?Qiang?Qiu,Yuan?Yuan?Du,Wen?Zhang?Li，A?new?way?to?synthesize?ZnS?nanoparticles,Chinese?Chemical?Letters.2007,18,483-486中采用ZnO和Na₂S為反應(yīng)原料，通過(guò)固-液化學(xué)反應(yīng)法得到了立方相的ZnS，平均顆粒尺寸為50nm，在400～4000cm^-1范圍平均紅外透過(guò)率大于85%。

文獻(xiàn)[2]Taodao?Sugimoto,Sixin?Wu,Hiroyuki?Itoh,Takashi?Kojima，Well-defined?fluorescentparticles?of?ZnS:Cu-Preparation?and?effects?of?annealing,J.Colloid?Interface?Sci.2003,257,47-55中采用溶膠-凝膠技術(shù)，以Zn-NTA螯合物和硫代乙酰胺分別作為硫源和鋅源，添加Cu²⁺離子為摻雜劑，制備出具有優(yōu)良熒光性能的ZnS:Cu納米顆粒，其在600℃焙燒后依然保持立方相。

ZnS原材料的性能和粉體顆粒尺寸由原材料的制備工藝決定，不同的制備工藝得到的ZnS材料在光學(xué)物理等諸多性能和顆粒尺寸存在著一定差異。因此，尋找一種能夠制備具有良好的光學(xué)性能、較高的晶型穩(wěn)定性和適宜的顆粒尺寸的原材料的合成方法逐漸成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。可見(jiàn)，探索能夠制備出滿足應(yīng)用要求的原材料同時(shí)還能提高原材料性能的制備方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種硫化銅摻雜的立方晶型硫化鋅材料，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該材料的制備方法，本方法的特點(diǎn)是能在高溫條件下控制ZnS晶型。硫化銅摻雜的立方晶型硫化鋅材料是一種高效紅外透過(guò)材料。

本發(fā)明所提供的硫化銅摻雜的立方晶型硫化鋅材料，簡(jiǎn)寫(xiě)為ZnS/Cu，是在ZnS中摻雜少量的CuS，其中CuS均勻分散在ZnS顆粒內(nèi)，CuS的質(zhì)量百分含量0.02～1.0%。