邱世杰　王红宇　王天倚　王浩　何亮

【摘  要】纳米技术作为现代科学的一门重要研究课题，被广泛地应用在能源与环境、信息技术、产品加工及设备制造中。本文通过研究纳米材料中的Bi₂S₃来认识纳米材料，实验以硝酸铋和硫代乙酰胺为原料，采用水热法在80℃、12h的条件制备反应物，并且通过SEM进行样品分析。最后对纳米技术可能产生的不良影响进行了讨论。

【关键词】纳米材料;硫化铋;表征分析

一、前言

在当今世界科学技术的发展是人类文明前进的源泉和动力。国内，先后制定实施了“国家攻关计划”、“863”计划、“973”计划，逐年提高研发资金使我国在纳米技术发明方面的专利申请总量排名世界第三，仅次于美国和日本。总之，纳米技术正在成为下一次工业革命的关键与焦点，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”^[1]_。

科学家逐渐开始积极地深入开展对于这种纳米微小颗粒的化学结构、性质和形态的科学研究，随着现代科学家用于观测和控制物质的工具和技术的进步与发展，更多的科学家掌握控制原子级或者分子级别的物质的能力，这也就使得人们对于纳米材料有了进一步的理解和认识。

在纳米尺寸上，物体的各种量子物理、化学和生物学特性会就可能与其他不同类型的块状材料有着巨大的差异。^[2]比如纳米材料所具备的体积效应、表面效应、量子尺寸、量子隧道和介电限域。利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收的位移，制造具有一种频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁屏蔽，隐形飞机等^[3]。这些特性给纳米材料带来明显的发展优势。其中对于应用材料和机械制造业、电子和移动信息集成技术、能源环保等诸多领域已经有着重要应用。

Bi₂S₃是纳米材料中重要的一员，在热电、光电和红外光谱学以及生物医疗等领域具有较高的应用价值。本文通过采用水热法来研究如何合成Bi₂S₃纳米材料。目前关于Bi₂S₃的报道也取得不少的成果，Zhao等人制备了一种用于降解污染的硫化铋光催化剂，该实验以硝酸铋和硫脲为原料，以尿素作为矿化剂，低温水热反应合成结晶良好的Bi₂S₃样品，发现小尺寸棒状结构在水热温度120℃，水热时间12h，矿化剂浓度1.0mol/L的条件下的Bi₂S₃对罗丹明B溶液的降解率可达92.3%。Zhang等人制备一种硫化铋/碳和钛包覆纳米管复合材料以及和石墨烯纳米棒复合材料作为钠离子电池负极材料中的应用。发现与未经包覆的纳米管相比有效的解決了材料产生的体积膨胀的问题。然后石墨烯的加入使得Bi₂S₃纳米棒的分散性很好，没有产生明显的团聚现象，提升了材料的导电性能，大大增强了电池的循环性能。

Bi₂S₃纳米材料如何广泛应用不仅与其自身的结构性能有关，还在一定程度上主要依赖于颗粒尺寸大小和形貌特征。因此本次实验将通过制备一种形貌独特的Bi₂S₃纳米材料，探索它们的合成环境（如时间、温度、配比等）与形貌的相互关系，并对样品进行表征分析。

二、实验方法

用电子天平称取0.15g硫代乙酰胺，溶于去离子水中，经过充分搅拌，最后得到溶液A;再用电子天平称取0.48g硝酸铋，溶解于N，N-二甲基甲酰胺，搅拌得到溶液B。然后将上述两种试剂溶液共同混合，放置在装有磁力锅的搅拌器中至完全充分溶解。将混合好后的溶液转移至80ml的高压反应釜中，再将其放入80℃的高温真空加热的烘箱中继续反应12h。反应结束等到自然冷却完成后取出反应釜，将得到的绿色液体使用真空抽离，抽离过程中需要多次进行超声和离心处理。最后将得到的沉淀物置于阴凉干燥处保存。

三、结果与讨论

以硫代乙酰胺和硝酸铋为原料，80℃、12h水热反应所得产物的SEM图如图1所示，由图可知产物由大小不一的纳米花结构组成菊花状图像。这些纳米花是由长0.03～0.05μm、直径15～20nm的单根纳米棒从各自的中心点向四周呈放射状发散出去。实验研究发现反应原料对产物的形貌具有明显的影响，采用CS（NH₂）₂作为硫源来制备金属硫化物形貌的生成手段已被研究者普遍使用。实验中的硫源与溶液中的铋粒子形成复合物，这些复合物将Bi₂S₃包裹起来使其沿着包裹较弱的方向生长，形成了从中心发散的纳米棒状结构，随后这些纳米棒发生团聚现象成为所观察到的花状Bi₂S₃结构。

四、结论

本实验中以硝酸铋为铋源，硫代乙酰胺为硫源，在温度80℃、时间12h的条件下成功制备出结晶良好、纯度高的Bi₂S₃纳米花，并对其所得产物进行SEM分析。

人们通过对纳米技术的不断探索应用重新塑造我们的生活方式，推动着我们各行各业的进步，产生了广泛的社会影响力。但是需要我们注意的是事物的发展都伴随双面性，纳米技术的发展伴随着健康和安全问题，纳米材料制造业中产生的工业排放及其纳米产品用后的处理给人们健康和生活环境是否造成不良影响，这些都需要我们仔细考虑。制定监管措施，同时进行潜在问题的相关研究等等办法才能有效驾驭纳米技术。

参考文献：

[1]朱晓彬.纳米金颗粒的制备、表征和组装[D].中国科学科技大学，2015

[2]中国纳米科学与技术发展状况（自然科研白皮书）

[3]杨奇.一维硫化铋纳米/微米结构的合成及性质研究[D].重庆大学物理学院，2015