Cink telurid (ZnTe), važan II-VI poluprovodnički materijal, široko se koristi u infracrvenoj detekciji, solarnim ćelijama i optoelektronskim uređajima. Nedavni napredak u nanotehnologiji i zelenoj hemiji optimizirao je njegovu proizvodnju. Ispod su trenutni glavni proizvodni procesi ZnTe i ključni parametri, uključujući tradicionalne metode i moderna poboljšanja:
__________________________________________
I. Tradicionalni proizvodni proces (direktna sinteza)
1. Priprema sirovina
• Cink (Zn) i telur (Te) visoke čistoće: čistoća ≥99,999% (klasa 5N), pomešani u molarnom odnosu 1:1.
• Zaštitni gas: argon visoke čistoće (Ar) ili azot (N₂) za sprečavanje oksidacije.
2. Tok procesa
• Korak 1: Sinteza vakuumskog topljenja
o Pomiješajte prah Zn i Te u kvarcnoj cijevi i evakuirajte do ≤10⁻³ Pa.
o Program grijanja: Zagrijati na 5-10°C/min na 500-700°C, držati 4-6 sati.
o Jednačina reakcije: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Korak 2: žarenje
o Žarite sirovi proizvod na 400-500°C 2-3 sata da smanjite defekte rešetke.
• Korak 3: drobljenje i prosijavanje
o Upotrijebite kuglični mlin za mljevenje rasutog materijala do ciljane veličine čestica (visokoenergetsko mljevenje kuglica za nanosmjeru).
3. Ključni parametri
• Preciznost kontrole temperature: ±5°C
• Brzina hlađenja: 2–5°C/min (da bi se izbjegle pukotine od termičkog naprezanja)
• Veličina čestica sirovog materijala: Zn (100-200 mesh), Te (200-300 mesh)
__________________________________________
II. Moderni poboljšani proces (solvotermalna metoda)
Solvotermalna metoda je glavna tehnika za proizvodnju ZnTe nanorazmjera, koja nudi prednosti kao što su kontrolirana veličina čestica i niska potrošnja energije.
1. Sirovine i rastvarači
• Prekursori: Cink nitrat (Zn(NO₃)₂) i natrijum telurit (Na₂TeO₃) ili telur u prahu (Te).
• Redukcioni agensi: Hidrazin hidrat (N₂H₄·H₂O) ili natrijum borohidrid (NaBH₄).
• Rastvarači: Etilendiamin (EDA) ili dejonizovana voda (DI voda).
2. Tok procesa
• Korak 1: Rastvaranje prekursora
o Rastvorite Zn(NO₃)₂ i Na₂TeO₃ u molarnom omjeru 1:1 u rastvaraču uz miješanje.
• Korak 2: Reakcija redukcije
o Dodajte redukciono sredstvo (npr. N₂H₄·H₂O) i zatvorite u autoklavu pod visokim pritiskom.
o Uslovi reakcije:
Temperatura: 180–220°C
Vrijeme: 12–24 sata
Pritisak: samogeneriran (3-5 MPa)
o Reakciona jednadžba: Zn2++TeO32−+Redukcijsko sredstvo→ZnTe+nusproizvodi (npr. H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Redukcijsko sredstvo→ZnTe+nusproizvodi (npr. H2O, N₂)
• Korak 3: Post-tretman
o Centrifugirajte da izolujete proizvod, isperite 3-5 puta etanolom i DI vodom.
o Sušiti pod vakuumom (60-80°C 4-6 sati).
3. Ključni parametri
• Koncentracija prekursora: 0,1–0,5 mol/L
• pH kontrola: 9–11 (alkalni uslovi pogoduju reakciji)
• Kontrola veličine čestica: Podešavanje putem tipa rastvarača (npr. EDA daje nanožice; vodena faza daje nanočestice).
__________________________________________
III. Ostali napredni procesi
1. Hemijsko taloženje pare (CVD)
• Primjena: tankoslojni preparat (npr. solarne ćelije).
• Prekursori: Dietilcink (Zn(C₂H₅)₂) i dietiltelur (Te(C₂H₅)₂).
• Parametri:
o Temperatura taloženja: 350–450°C
o Gas-nosač: mješavina H₂/Ar (brzina protoka: 50-100 sccm)
o Pritisak: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Mehaničko legiranje (kuglično mljevenje)
• Karakteristike: Sinteza na niskim temperaturama bez rastvarača.
• Parametri:
o Odnos kuglice i praha: 10:1
o Vrijeme mljevenja: 20-40 sati
o Brzina rotacije: 300–500 o/min
__________________________________________
IV. Kontrola kvaliteta i karakterizacija
1. Analiza čistoće: rendgenska difrakcija (XRD) za kristalnu strukturu (glavni pik na 2θ ≈25,3°).
2. Kontrola morfologije: transmisiona elektronska mikroskopija (TEM) za veličinu nanočestica (tipično: 10–50 nm).
3. Elementarni odnos: Energetski disperzivna rendgenska spektroskopija (EDS) ili masena spektrometrija induktivno spregnute plazme (ICP-MS) za potvrdu Zn ≈1:1.
__________________________________________
V. Razmatranja sigurnosti i okoliša
1. Tretman otpadnog gasa: Apsorbovati H₂Te sa alkalnim rastvorima (npr. NaOH).
2. Regeneracija rastvarača: Reciklirajte organske rastvarače (npr. EDA) destilacijom.
3. Zaštitne mjere: Koristite gas maske (za H₂Te zaštitu) i rukavice otporne na koroziju.
__________________________________________
VI. Tehnološki trendovi
• Zelena sinteza: Razviti sisteme vodene faze za smanjenje upotrebe organskih rastvarača.
• Modifikacija dopinga: Povećajte provodljivost dopiranjem sa Cu, Ag, itd.
• Proizvodnja velikih razmera: Usvojite reaktore sa kontinualnim protokom da biste dobili serije od kg.
Vrijeme objave: Mar-21-2025