碘化银(AgI)作为最佳的成冰物质已广泛应用于人工影响天气领域。Vonnegut(1948)、 Fukuta and Paik(1973)、Shen et al.(1977)研究表明，碘化银作为人工冰核的主要原因是由于其与冰(H₂O)的晶格结构具有高度相似性。Turnbull and Vonnegut(1952)的研究指出，碘化银人工冰核的核化能力取决于它所具有的改变吸附水分子的取向并形成类冰结构的程度。Zettlemoyer et al.(1961)等仔细研究了吸附在AgI粒子上的水分子，发现AgI主要表现出疏水性，同时伴随有约25％的亲水位，亲水位表示有个别的氧化物补充，它不但提高了水分子的粘度系数，而且更有利于形成冰核。由于碘化银催化剂具有良好的吸附水分子及成冰能力，Reynolds et al.(1951)、Vonnegut and Neubauer(1951)、Smith et al.(1955)及酆大雄等(1995)在提高碘化银成核效率的研究上做了大量工作。近年来金德镇等(2008)研究“37型”降雨实弹爆炸法进行室内云室实验初步表明，纳米碘化银(n-AgI)粒子较目前使用的常规碘化银(m-AgI)粒子具有更好的成冰性能。张景红等(2010)利用液相法制备了具有良好催化效果的人工影响天气纳米碘化银，关于纳米碘化银不同于常规碘化银的性质方面的研究却未见报道。在本文中，实验采用液相沉淀法制备了具有纳米尺寸的碘化银粒子并对其尺寸分布和结构特性进行了讨论和研究。2 实验

纳米碘化银粒子是由沉淀法制备的。实验将 0.1 mol/L的硝酸银水溶液缓慢滴入0.1 mol/L的KI溶液中并在室温下搅拌均匀。经过约1 h静置，得到了碘化银沉淀粉体，然后用去离子水反复过滤、水洗，以消除化学反应的残留如硝酸钾。最后，沉淀出碘化银粉末在真空干燥箱内135 ℃温度条件下进行干燥，得到β-型的碘化银。

利用JEOL JSM-6700F 扫描电镜、透射电子显微镜(FETEM，JEM-2100F)、X射线衍射仪(XRD，D/MAX，2500PC)、X射线光电子能谱仪(XPS，ESCALAB Mk II)和BET比表面积及孔径测定仪SSA-3600对碘化银粒子的形态、结构比表面积等进行了表征等测试。 3 结果与讨论3.1 扫描电镜表征结果

利用JEOL JSM-6700F 扫描电镜对纳米碘化银和目前人工影响天气使用的常规碘化银进行表征结果如图 1所示。从图 1中明显看出纳米碘化银形貌上较常规碘化银更接近于球形，常规碘化银呈不规则形状。

图 1

Fig. 1

图 1(a)纳米和(b)微米碘化银的形貌图片Fig. 1 Morphologies of the(a)n-AgI and (b)m-AgI powders

为了研究碘化银纳米粒子的形貌和大小，利用JEM-2100F透射电镜(TEM)对纳米碘化银进行TEM实验观察，样品选取的电子衍射照片如图 2所示。由图 2可见，所制备的碘化银纳米粒子大都呈球形且随机生长。碘化银粒子的粒径在30～90 nm范围内，粒径分布较为均匀。图 2中可以看出纳米粒子由于较高的吸附能力出现了团聚现象。经统计，纳米碘化银晶粒尺寸在30～90 nm之间。

图 2

Fig. 2

图 2 纳米碘化银粉体TEM图片及相应的衍射图片Fig. 2 TEM image of the n-AgI powders and the corresponding diffractionpattern in the inset

对纳米碘化银粉末和目前使用的常规碘化银利用D/MAX 2500PC进行X射线衍射分析(XRD)，由图 3可以看出，纳米碘化银粉末具有典型的β-AgI晶体结构；常规碘化银粉末具有α-AgI和β-AgI两种结构。一般来说，碘化银可以表现出两种晶体结构，即六方和立方结构。根据标准的PDF卡片，六方结构的β-AgI的晶格参数更接近于冰(H₂O)(具体的晶格参数列于表 1中)。根据X射线衍射数据，纳米碘化银的晶格参数如a和c值经计算同样列于表 1中。显然，与常规碘化银相比纳米碘化银的晶格常数a和c更接近冰(H₂O)相应的晶格常数。这表明，纳米碘化银与冰晶的错配度更小与冰晶的界面应力也更低。制备的纳米碘化银降低了冰晶在AgI冰核上取向附生生长时的能垒。因此，在纳米碘化银粉末能够更好地在人工影响天气方面发挥作用。

图 3

Fig. 3

图 3(a)纳米、(b)常规和(c)标准碘化银粉体的X 射线衍射图谱Fig. 3 X-ray diffraction patterns of the(a)n-AgI，(b)m-AgI powders， and (c)st and ard β-AgI

表 1(Table 1)

表 1 XRD 所测标准AgI、冰晶、n-AgI和m-AgI 粉体及其晶格常数和衍射峰 Table 1 Lattice constants and diffraction peak position ofthe st and ard AgI(09-0374)，H2O(42-1142)，the n-AgI and m-AgI powders from XRD

表 1 XRD 所测标准AgI、冰晶、n-AgI和m-AgI 粉体及其晶格常数和衍射峰 Table 1 Lattice constants and diffraction peak position ofthe st and ard AgI(09-0374)，H2O(42-1142)，the n-AgI and m-AgI powders from XRD

利用ESCALAB Mk II给出了纳米碘化银与常规碘化银进行X射线光电子能谱XPS分析(见图 4)。

图 4

Fig. 4

图 4 纳米碘化银(a)Ag3d、(b)I3d、(c)C1s轨道与(d)常规碘化银C1s轨道的X射线光电子能谱分析Fig. 4 XRD photoelectron spectroscopes of the n-AgI(a)Ag3d，(b)I3d，(c)C1s， and m-AgI(d)C1s powders

图 4a和4b共同标定了AgI的存在，可以看出，纳米碘化银的Ag3d、I3d和C1s均显示出典型的谱峰。Ag3d轨道区域显示，两个峰分别位于367.8 eV和373.9 eV，其中位于367.8 eV的峰对应于Ag3d 5/2谱峰，并且与碘化银中Ag⁺对应能量一致；I3d轨道谱图也显示两个谱峰，一个谱峰位于619.2 eV，另一个是位于630.6 eV的峰，它们与碘化银中I-的能量相对应(Moulder et al., 1995)。Ag⁺与I–的存在证明了碘化银的形成。图 4c和4d分别给出纳米 AgI与常规AgI的C1s轨道XPS图谱，其中，结合能峰位表示C为吸附态，是用来对比两种不同尺度AgI的吸附能力。图中的点是实际测量的计数点，因为峰比较宽，所以进行了多峰的拟合，实线为曲线拟合的结果。图 4c可被拟合为3个谱峰，峰位于284.6 eV、285.1 eV和288.5 eV，分别代表碳氢化合物(C-C和C-H)(Hamwi et al., 1996)和C=O键(Moulder et al., 1995)，后面两个峰则为K2p的谱峰。这些C源自纳米碘化银颗粒表面吸附的物质。为了比较纳米碘化银和常规碘化银的吸附能力，图 4d给出了常规碘化银C1s轨道XPS谱图，从图中可以看出常规碘化银仅有一个对应于碳氢化合物位于284.6 eV的峰存在。通过比较两者的区别可以看出，纳米碘化银较常规碘化银具有更高的吸附能力。在人工增雨作业中，这种高吸附能力可以使纳米碘化银颗粒在潮湿大气中吸附更多的水分子，从而提高了冰核形成效率。3.5 比表面积测定

利用比表面积及孔径测定仪(BET)SSA-3600对纳米碘化银和目前使用常规碘化银进行两者比表面积测定(结果如表 2)。从表 2可以看出，质量相同情况下，仅90 nm的碘化银粒子比1 µm的AgI比表面积大近5倍，30 nm碘化银的比表面积比 1 µm碘化银大约14倍。大的比表面积意味着吸附能力更强，因此，在同样条件下，纳米碘化银较常规碘化银有更高的成核能力。

表 2(Table 2)

表 2 纳米碘化银与微米碘化银进行比表面积测定结果 Table 2 The specific surface area of the n-AgI and m-AgIpowders

表 2 纳米碘化银与微米碘化银进行比表面积测定结果 Table 2 The specific surface area of the n-AgI and m-AgIpowders

利用液相沉淀法在常温和常压下制备了纳米碘化银颗粒，系列实验表征结果表明：

(1)用于人工影响天气云室实验的纳米碘化银粉体较常规碘化银粉体，在形貌上更近球形，平均晶粒尺寸在30～90 nm之间；

(2)纳米碘化银粉体为β-AgI结构；较AgI标准卡片略有偏差，较常规碘化银更接近于水的晶格常数；

(3)纳米碘化银较常规碘化银较常规碘化银有更大的比表面积，更高的吸附能力和表面化学活性。