论文摘要
纳米材料是材料科学与纳米科技的交叉部分,也是纳米科技中最基础、最活跃的组成部分,对未来经济和社会发展有着重要影响。由于其明显不同于体材料和单个分子的独特性质-小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应等,纳米材料在电子、太阳能、陶瓷、生物和医疗等领域具有巨大的应用潜力。随着人们对纳米材料所具有的特殊性质的逐步认识和对纳米材料应用方面研究的开展,纳米材料与纳米结构的制备研究也日趋深入。在各种形态的纳米材料中,一维纳米材料和特殊形貌纳米材料的制备是纳米材料在纳米器件、催化剂和传感器等方面获得应用的关键,在今后相当长时期内将成为纳米材料研究的重点领域。CdS是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料,具有优异的物化性质,广泛应用于压电晶体、窗口材料和激光材料等方面。随着纳米材料的兴起,各种形貌的CdS纳米材料不断被制备出来,纳米CdS材料具有纳米材料和半导体材料两方面的优异性质,在光催化、太阳能电池、发光二极管、生物标签、液晶显示器和传感器等领域表现出巨大的应用潜力。最近几十年来,关于CdS纳米材料制备方面的研究取得了巨大的进步,但仍有很多问题需要解决。目前,有效的控制CdS纳米材料的形貌和微结构并对其生长机理进行探讨是很多研究人员关注的热点。本论文以CdS纳米体系为研究对象,侧重于CdS纳米材料的化学合成和对产物的形貌控制。通过选择合适的原料、辅助剂以及反应路线制备出一维或特殊形貌的CdS纳米材料,并对其进行表征和性能研究。同时为了实现对产物结构、形貌及尺寸的有效控制,研究了各实验参数对产物形貌的影响,并探讨了不同产物的生长机理。本论文主要研究内容归结如下:（1）采用聚乙烯醇为软模板通过溶剂热路线制备出CdS纳米线,在此反应体系中,聚乙烯醇分子在溶液中形成交联网格,阻止CdS粒子团聚,同时,乙二胺促进产物的一维生长,最终得到CdS纳米线,并研究了聚乙烯醇的加入方式对产物的影响。为简化反应路线,提高该路线的应用性,又用聚乙二醇取代聚乙烯醇为软模板对反应路线进行改进。（2）以半胱氨酸为硫源、乙二胺为溶剂,经过简单的溶剂热反应制备出CdS纳米线。系统的研究了实验条件对产物形貌的影响,并提出CdS纳米线的生长机理,即:在反应过程中,形成的Cd-半胱氨酸络合物有效的控制了S2-的释放速度;乙二胺和半胱氨酸反应生成的肽共同促进产物的一维生长。（3）不加任何添加剂,通过溶剂热路线,仅简单的调节巯基乙酸的加入量实现对产物的形貌控制,分别获得三维海胆状CdS微粒或CdS纳米线。根据对比实验结果,探讨了海胆状CdS的生长机理,提出在此反应体系中,最初形成的CdS粒子团聚成大块团聚体,之后团聚体逐渐完善成规则的球状,然后在乙二胺的作用下,团聚体内的相邻粒子取向连接形成紧密排列的纳米棒,得到三维海胆状CdS微粒。（4）通过简单的一步水热反应制备出新颖的哑铃状和项链状CdS微粒。系统的研究了反应时间、聚合物种类、聚乙烯醇加入量、硫源和反应温度等对CdS产物的形貌的影响。并提出哑铃状和项链状CdS微粒非均衡-均衡转变生长机理。（5）以葡萄糖为辅助剂,通过前驱体热分解法制备出分散性好、尺寸可控的CdS纳米粒子。研究发现:在Cd-TGA络合物热分解过程中,葡萄糖可以对形成的CdS起到包覆和分散作用,有效阻止其团聚,之后,葡萄糖发生分解与碳化反应,在CdS表面形成由碳粉组成的包覆层,使得CdS粒子在高温下结晶度改善的同时不会发生团聚生长。碳粉完全氧化后,最终得到粒径小、分散性好且结晶度高的CdS纳米粒子。本研究发展和完善了CdS纳米材料制备路线,为其它纳米材料的制备提供了借鉴,并为CdS纳米材料的开发和应用提供了理论指导和参考依据。