ઝિંક ટેલ્યુરાઇડ (ZnTe), એક મહત્વપૂર્ણ II-VI સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી, ઇન્ફ્રારેડ શોધ, સૌર કોષો અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. નેનો ટેકનોલોજી અને ગ્રીન કેમિસ્ટ્રીમાં તાજેતરની પ્રગતિઓએ તેના ઉત્પાદનને ઑપ્ટિમાઇઝ કર્યું છે. નીચે વર્તમાન મુખ્ય પ્રવાહની ZnTe ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ અને મુખ્ય પરિમાણો છે, જેમાં પરંપરાગત પદ્ધતિઓ અને આધુનિક સુધારાઓનો સમાવેશ થાય છે:
_____________________________________________
I. પરંપરાગત ઉત્પાદન પ્રક્રિયા (સીધી સંશ્લેષણ)
૧. કાચા માલની તૈયારી
• ઉચ્ચ શુદ્ધતા ઝીંક (Zn) અને ટેલુરિયમ (Te): શુદ્ધતા ≥99.999% (5N ગ્રેડ), 1:1 દાઢ ગુણોત્તરમાં મિશ્રિત.
• રક્ષણાત્મક વાયુ: ઓક્સિડેશન અટકાવવા માટે ઉચ્ચ શુદ્ધતા ધરાવતો આર્ગોન (Ar) અથવા નાઇટ્રોજન (N₂).
2. પ્રક્રિયા પ્રવાહ
• પગલું ૧: વેક્યુમ મેલ્ટિંગ સિન્થેસિસ
o ક્વાર્ટઝ ટ્યુબમાં Zn અને Te પાવડર મિક્સ કરો અને ≤10⁻³ Pa સુધી ખાલી કરો.
o હીટિંગ પ્રોગ્રામ: 5-10°C/મિનિટ થી 500-700°C સુધી ગરમ કરો, 4-6 કલાક સુધી રાખો.
o પ્રતિક્રિયા સમીકરણ: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• પગલું 2: એનલીંગ
o જાળીની ખામીઓ ઘટાડવા માટે ક્રૂડ પ્રોડક્ટને 400-500°C પર 2-3 કલાક માટે એનિલ કરો.
• પગલું ૩: કચડી નાખવું અને ચાળવું
o જથ્થાબંધ સામગ્રીને લક્ષ્ય કણ કદ સુધી પીસવા માટે બોલ મિલનો ઉપયોગ કરો (નેનોસ્કેલ માટે ઉચ્ચ-ઊર્જા બોલ મિલિંગ).
3. મુખ્ય પરિમાણો
• તાપમાન નિયંત્રણ ચોકસાઈ: ±5°C
• ઠંડક દર: 2–5°C/મિનિટ (થર્મલ સ્ટ્રેસ ક્રેક્સ ટાળવા માટે)
• કાચા માલના કણોનું કદ: Zn (100–200 મેશ), Te (200–300 મેશ)
_____________________________________________
II. આધુનિક સુધારેલી પ્રક્રિયા (સોલ્વોથર્મલ પદ્ધતિ)
સોલ્વોથર્મલ પદ્ધતિ એ નેનોસ્કેલ ZnTe ઉત્પન્ન કરવા માટેની મુખ્ય પદ્ધતિ છે, જે નિયંત્રિત કણોનું કદ અને ઓછી ઉર્જા વપરાશ જેવા ફાયદા પ્રદાન કરે છે.
૧. કાચો માલ અને દ્રાવક
• પુરોગામી: ઝીંક નાઈટ્રેટ (Zn(NO₃)₂) અને સોડિયમ ટેલ્યુરાઇટ (Na₂TeO₃) અથવા ટેલ્યુરિયમ પાવડર (Te).
• ઘટાડતા એજન્ટો: હાઇડ્રાઝીન હાઇડ્રેટ (N₂H₄·H₂O) અથવા સોડિયમ બોરોહાઇડ્રાઇડ (NaBH₄).
• દ્રાવકો: ઇથિલેનેડિમાઇન (EDA) અથવા ડીઆયોનાઇઝ્ડ પાણી (DI પાણી).
2. પ્રક્રિયા પ્રવાહ
• પગલું ૧: પુરોગામી વિસર્જન
o હલાવતા દ્રાવકમાં 1:1 દાઢ ગુણોત્તરમાં Zn(NO₃)₂ અને Na₂TeO₃ ને ઓગાળો.
• પગલું 2: ઘટાડો પ્રતિક્રિયા
o રિડ્યુસિંગ એજન્ટ (દા.ત., N₂H₄·H₂O) ઉમેરો અને તેને ઉચ્ચ-દબાણવાળા ઓટોક્લેવમાં સીલ કરો.
o પ્રતિક્રિયા શરતો:
તાપમાન: ૧૮૦–૨૨૦°C
સમય: ૧૨-૨૪ કલાક
દબાણ: સ્વયં-ઉત્પન્ન (3-5 MPa)
o પ્રતિક્રિયા સમીકરણ: Zn2++TeO32−+ઘટાડનાર એજન્ટ→ZnTe+ઉપજાતો (દા.ત., H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+ઘટાડનાર એજન્ટ→ZnTe+ઉપજાતો (દા.ત., H₂O, N₂)
• પગલું 3: સારવાર પછી
o ઉત્પાદનને અલગ કરવા માટે સેન્ટ્રીફ્યુજ, ઇથેનોલ અને DI પાણીથી 3-5 વખત ધોવા.
o વેક્યુમ હેઠળ સુકાવો (60-80°C તાપમાને 4-6 કલાક માટે).
3. મુખ્ય પરિમાણો
• પૂર્વગામી સાંદ્રતા: 0.1–0.5 મોલ/લિટર
• pH નિયંત્રણ: 9–11 (ક્ષારયુક્ત સ્થિતિ પ્રતિક્રિયાને અનુકૂળ છે)
• કણોના કદનું નિયંત્રણ: દ્રાવક પ્રકાર દ્વારા સમાયોજિત કરો (દા.ત., EDA નેનોવાયર ઉત્પન્ન કરે છે; જલીય તબક્કા નેનોપાર્ટિકલ્સ ઉત્પન્ન કરે છે).
_____________________________________________
III. અન્ય અદ્યતન પ્રક્રિયાઓ
૧. રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ (CVD)
• ઉપયોગ: પાતળી ફિલ્મ તૈયારી (દા.ત., સૌર કોષો).
• પુરોગામી: ડાયથાઈલઝીંક (Zn(C₂H₅)₂) અને ડાયથાઈલટેલુરિયમ (Te(C₂H₅)₂).
• પરિમાણો:
o ડિપોઝિશન તાપમાન: 350–450°C
o વાહક ગેસ: H₂/Ar મિશ્રણ (પ્રવાહ દર: 50–100 sccm)
o દબાણ: 10⁻²–10⁻³ ટોર
2. યાંત્રિક એલોયિંગ (બોલ મિલિંગ)
• વિશેષતાઓ: દ્રાવક-મુક્ત, ઓછા તાપમાને સંશ્લેષણ.
• પરિમાણો:
o બોલ-ટુ-પાઉડર ગુણોત્તર: 10:1
o મિલિંગ સમય: 20-40 કલાક
o પરિભ્રમણ ગતિ: 300–500 rpm
_____________________________________________
IV. ગુણવત્તા નિયંત્રણ અને લાક્ષણિકતા
1. શુદ્ધતા વિશ્લેષણ: સ્ફટિક રચના માટે એક્સ-રે વિવર્તન (XRD) (મુખ્ય ટોચ 2θ ≈25.3° પર).
2. મોર્ફોલોજી નિયંત્રણ: નેનોપાર્ટિકલ કદ (સામાન્ય: 10–50 nm) માટે ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (TEM).
3. એલિમેન્ટલ રેશિયો: Zn ≈1:1 ની પુષ્ટિ કરવા માટે ઉર્જા-વિખેરનાર એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) અથવા ઇન્ડક્ટિવલી કપ્લ્ડ પ્લાઝ્મા માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (ICP-MS).
_____________________________________________
V. સલામતી અને પર્યાવરણીય બાબતો
1. કચરો ગેસ ટ્રીટમેન્ટ: આલ્કલાઇન દ્રાવણ (દા.ત., NaOH) સાથે H₂Te શોષી લો.
2. દ્રાવક પુનઃપ્રાપ્તિ: નિસ્યંદન દ્વારા કાર્બનિક દ્રાવકો (દા.ત., EDA) ને રિસાયકલ કરો.
3. રક્ષણાત્મક પગલાં: ગેસ માસ્ક (H₂Te રક્ષણ માટે) અને કાટ-પ્રતિરોધક મોજાનો ઉપયોગ કરો.
_____________________________________________
VI. ટેકનોલોજીકલ ટ્રેન્ડ્સ
• લીલો સંશ્લેષણ: કાર્બનિક દ્રાવકનો ઉપયોગ ઘટાડવા માટે જલીય-તબક્કા પ્રણાલીઓ વિકસાવો.
• ડોપિંગમાં ફેરફાર: Cu, Ag, વગેરે સાથે ડોપિંગ કરીને વાહકતા વધારો.
• મોટા પાયે ઉત્પાદન: કિલોગ્રામ-સ્કેલ બેચ પ્રાપ્ત કરવા માટે સતત-પ્રવાહ રિએક્ટર અપનાવો.
પોસ્ટ સમય: માર્ચ-21-2025