El telurur de zinc (ZnTe), un important material semiconductor II-VI, s'utilitza àmpliament en la detecció d'infrarojos, cèl·lules solars i dispositius optoelectrònics. Els avenços recents en nanotecnologia i química verda han optimitzat la seva producció. A continuació es mostren els processos de producció actuals de ZnTe i els paràmetres clau, inclosos els mètodes tradicionals i les millores modernes:
_________________________________________
I. Procés de producció tradicional (síntesi directa)
1. Preparació de matèries primeres
• Zinc (Zn) i tel·luri (Te) d'alta puresa: Puresa ≥99,999% (grau 5N), barrejat en proporció molar 1:1.
• Gas protector: Argó (Ar) o nitrogen (N₂) d'alta puresa per evitar l'oxidació.
2. Flux del procés
• Pas 1: Síntesi de fusió al buit
o Barrejar pols de Zn i Te en un tub de quars i evacuar a ≤10⁻³ Pa.
o Programa de calefacció: escalfar a 5–10 °C/min a 500–700 °C, mantenir durant 4–6 hores.
o Equació de la reacció:Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Pas 2: Recuit
o Recuit el producte brut a 400–500 °C durant 2–3 hores per reduir els defectes de la gelosia.
• Pas 3: Trituració i tamisat
o Utilitzeu un molí de boles per moldre el material a granel fins a la mida de partícula objectiu (molt de boles d'alta energia per a nanoescala).
3. Paràmetres clau
• Precisió de control de temperatura: ±5°C
• Velocitat de refrigeració: 2–5 °C/min (per evitar esquerdes per tensió tèrmica)
• Mida de partícula de la matèria primera: Zn (100–200 malla), Te (200–300 malla)
_________________________________________
II. Procés modern millorat (mètode solvotèrmic)
El mètode solvotèrmic és la tècnica principal per produir ZnTe a nanoescala, que ofereix avantatges com la mida de partícula controlable i el baix consum d'energia.
1. Matèries primeres i dissolvents
• Precursors: nitrat de zinc (Zn(NO₃)₂) i tel·lúrita de sodi (Na₂TeO₃) o pols de tel·lúri (Te).
• Agents reductors: Hidrat d'hidrazina (N₂H₄·H₂O) o borohidrur de sodi (NaBH₄).
• Dissolvents: Etilendiamina (EDA) o aigua desionitzada (aigua DI).
2. Flux del procés
• Pas 1: Dissolució del precursor
o Dissoleu Zn(NO₃)₂ i Na₂TeO₃ en una proporció molar 1:1 en el dissolvent sota agitació.
• Pas 2: Reacció de reducció
o Afegir l'agent reductor (p. ex., N₂H₄·H₂O) i segellar en un autoclau d'alta pressió.
o Condicions de reacció:
Temperatura: 180–220°C
Temps: 12–24 hores
Pressió: autogenerada (3–5 MPa)
o Equació de la reacció: Zn2++TeO32−+ Agent reductor→ZnTe+subproductes (p. ex., H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+agent reductor→ZnTe+subproductes (p. ex., H₂O, N₂)
• Pas 3: Posttractament
o Centrifugar per aïllar el producte, rentar 3-5 vegades amb etanol i aigua DI.
o Assecar al buit (60–80 °C durant 4–6 hores).
3. Paràmetres clau
• Concentració de precursors: 0,1–0,5 mol/L
• Control del pH: 9–11 (les condicions alcalines afavoreixen la reacció)
• Control de la mida de les partícules: Ajust mitjançant el tipus de dissolvent (p. ex., EDA produeix nanofills; fase aquosa produeix nanopartícules).
_________________________________________
III. Altres processos avançats
1. Deposició de vapor químic (CVD)
• Aplicació: Preparació de pel·lícules primes (p. ex., cèl·lules solars).
• Precursors: dietilzinc (Zn(C₂H₅)₂) i dietiltel·luri (Te(C₂H₅)₂).
• Paràmetres:
o Temperatura de deposició: 350–450°C
o Gas portador: mescla H₂/Ar (caudal: 50–100 sccm)
o Pressió: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Aliatge mecànic (fresat de boles)
• Característiques: Síntesi a baixa temperatura sense dissolvents.
• Paràmetres:
o Relació bola/pols: 10:1
o Temps de fresat: 20–40 hores
o Velocitat de gir: 300–500 rpm
_________________________________________
IV. Control de qualitat i caracterització
1. Anàlisi de puresa: difracció de raigs X (XRD) per a l'estructura cristal·lina (pic principal a 2θ ≈25,3°).
2. Control de morfologia: microscòpia electrònica de transmissió (TEM) per a la mida de nanopartícules (típica: 10–50 nm).
3. Relació elemental: Espectroscòpia de raigs X amb dispersió d'energia (EDS) o espectrometria de masses de plasma acoblada inductivament (ICP-MS) per confirmar Zn ≈1:1.
_________________________________________
V. Consideracions de seguretat i medi ambient
1. Tractament de gasos residuals: Absorbeix H₂Te amb solucions alcalines (per exemple, NaOH).
2. Recuperació de dissolvents: Reciclar els dissolvents orgànics (per exemple, EDA) per destil·lació.
3. Mesures de protecció: Utilitzeu màscares antigàs (per a la protecció H₂Te) i guants resistents a la corrosió.
_________________________________________
VI. Tendències tecnològiques
• Síntesi verda: Desenvolupar sistemes en fase aquosa per reduir l'ús de dissolvents orgànics.
• Modificació del dopatge: Millorar la conductivitat mitjançant el dopatge amb Cu, Ag, etc.
• Producció a gran escala: Adoptar reactors de flux continu per aconseguir lots a escala kg.
Hora de publicació: 21-mar-2025