O telururo de cinc (ZnTe), un importante material semicondutor II-VI, úsase amplamente na detección de infravermellos, células solares e dispositivos optoelectrónicos. Os avances recentes en nanotecnoloxía e química verde optimizaron a súa produción. A continuación móstranse os procesos actuais de produción de ZnTe e os parámetros clave, incluídos os métodos tradicionais e as melloras modernas:
_________________________________________
I. Proceso de Produción Tradicional (Síntese Directa)
1. Preparación da materia prima
• Zinc (Zn) e telurio (Te) de alta pureza: Pureza ≥99,999% (grado 5N), mesturado nunha proporción molar 1:1.
• Gas protector: argón (Ar) ou nitróxeno (N₂) de alta pureza para evitar a oxidación.
2. Fluxo do proceso
• Paso 1: Síntese de fusión ao baleiro
o Mesturar os pos de Zn e Te nun tubo de cuarzo e evacuar a ≤10⁻³ Pa.
o Programa de calefacción: quentar a 5–10 °C/min ata 500–700 °C, manter durante 4–6 horas.
o Ecuación da reacción: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Paso 2: Recocido
o Recocer o produto bruto a 400–500°C durante 2–3 horas para reducir os defectos da rede.
• Paso 3: Trituración e Peneirado
o Use un molino de bolas para moer o material a granel ata o tamaño de partícula obxectivo (fresado de bolas de alta enerxía para nanoescala).
3. Parámetros clave
• Precisión de control de temperatura: ±5°C
• Velocidade de arrefriamento: 2–5 °C/min (para evitar fisuras por tensión térmica)
• Tamaño de partícula da materia prima: Zn (100–200 malla), Te (200–300 malla)
_________________________________________
II. Proceso moderno mellorado (método solvotérmico)
O método solvotérmico é a técnica principal para producir ZnTe a nanoescala, que ofrece vantaxes como o tamaño de partícula controlable e o baixo consumo de enerxía.
1. Materias primas e disolventes
• Precursores: nitrato de cinc (Zn(NO₃)₂) e telurito de sodio (Na₂TeO₃) ou telurio en po (Te).
• Axentes reductores: hidrato de hidracina (N₂H₄·H₂O) ou borohidruro de sodio (NaBH₄).
• Disolventes: etilendiamina (EDA) ou auga desionizada (auga DI).
2. Fluxo do proceso
• Paso 1: Disolución do precursor
o Disolver Zn(NO₃)₂ e Na₂TeO₃ nunha proporción molar de 1:1 no disolvente axitado.
• Paso 2: Reacción de redución
o Engadir o axente redutor (por exemplo, N₂H₄·H₂O) e selado nun autoclave de alta presión.
o Condicións de reacción:
Temperatura: 180–220°C
Tempo: 12–24 horas
Presión: autoxerada (3–5 MPa)
o Ecuación da reacción: Zn2++TeO32−+Axente redutor→ZnTe+Subprodutos (p.ex., H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Axente redutor→ZnTe+Subprodutos (p.ex., H₂O, N₂)
• Paso 3: Post-tratamento
o Centrifugar para illar o produto, lavar 3-5 veces con etanol e auga DI.
o Secar ao baleiro (60–80°C durante 4–6 horas).
3. Parámetros clave
• Concentración de precursor: 0,1–0,5 mol/L
• Control do pH: 9–11 (as condicións alcalinas favorecen a reacción)
• Control do tamaño das partículas: axuste mediante o tipo de disolvente (por exemplo, EDA produce nanofíos; fase acuosa produce nanopartículas).
_________________________________________
III. Outros Procesos Avanzados
1. Deposición química en vapor (CVD)
• Aplicación: preparación de película fina (p. ex., células solares).
• Precursores: dietilzinc (Zn(C₂H₅)₂) e dietiltelurio (Te(C₂H₅)₂).
• Parámetros:
o Temperatura de deposición: 350–450°C
o Gas portador: mestura H₂/Ar (caudal: 50–100 sccm)
o Presión: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Aliaxe mecánica (fresado de bolas)
• Características: síntese sen disolventes e a baixa temperatura.
• Parámetros:
o Relación bóla/po: 10:1
o Tempo de molienda: 20–40 horas
o Velocidade de rotación: 300–500 rpm
_________________________________________
IV. Control de Calidade e Caracterización
1. Análise de pureza: difracción de raios X (XRD) para a estrutura cristalina (pico principal en 2θ ≈25,3°).
2. Control de morfoloxía: microscopía electrónica de transmisión (TEM) para o tamaño das nanopartículas (típico: 10–50 nm).
3. Relación elemental: espectroscopia de raios X de dispersión de enerxía (EDS) ou espectrometría de masas con plasma acoplado indutivamente (ICP-MS) para confirmar Zn ≈1:1.
_________________________________________
V. Consideracións de seguridade e ambientais
1. Tratamento de gases residuais: Absorbe H₂Te con solucións alcalinas (por exemplo, NaOH).
2. Recuperación de disolventes: reciclar disolventes orgánicos (por exemplo, EDA) mediante destilación.
3. Medidas de protección: Use máscaras antigás (para protección contra H₂Te) e luvas resistentes á corrosión.
_________________________________________
VI. Tendencias Tecnolóxicas
• Síntese verde: desenvolver sistemas en fase acuosa para reducir o uso de disolventes orgánicos.
• Modificación do dopaxe: Mellora a condutividade dopando con Cu, Ag, etc.
• Produción a gran escala: Adoptar reactores de fluxo continuo para conseguir lotes a escala kg.
Hora de publicación: 21-mar-2025