Zinc telluride (ZnTe), bahan semikonduktor II-VI yang penting, banyak digunakan dalam deteksi inframerah, sel surya, dan perangkat optoelektronik. Kemajuan terkini dalam nanoteknologi dan kimia hijau telah mengoptimalkan produksinya. Berikut ini adalah proses produksi ZnTe arus utama saat ini dan parameter utamanya, termasuk metode tradisional dan perbaikan modern:
____________________________
I. Proses Produksi Tradisional (Sintesis Langsung)
1. Persiapan Bahan Baku
• Seng (Zn) dan telurium (Te) dengan kemurnian tinggi: Kemurnian ≥99,999% (kadar 5N), dicampur dalam rasio molar 1:1.
• Gas pelindung: Argon (Ar) atau nitrogen (N₂) dengan kemurnian tinggi untuk mencegah oksidasi.
2. Aliran Proses
• Langkah 1: Sintesis Peleburan Vakum
o Campurkan serbuk Zn dan Te dalam tabung kuarsa dan vakumkan hingga ≤10⁻³ Pa.
o Program pemanasan: Panaskan pada suhu 5–10°C/menit hingga 500–700°C, tahan selama 4–6 jam.
Persamaan reaksi:Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Langkah 2: Anil
o Anil produk kasar pada suhu 400–500°C selama 2–3 jam untuk mengurangi cacat kisi.
• Langkah 3: Penghancuran dan Pengayakan
o Gunakan ball mill untuk menggiling material curah ke ukuran partikel target (penggilingan bola berenergi tinggi untuk skala nano).
3. Parameter Utama
• Akurasi kontrol suhu: ±5°C
• Laju pendinginan: 2–5°C/menit (untuk menghindari retak akibat tekanan termal)
• Ukuran partikel bahan baku: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
____________________________
II. Proses Peningkatan Modern (Metode Solvotermal)
Metode solvotermal merupakan teknik utama untuk memproduksi ZnTe skala nano, menawarkan keuntungan seperti ukuran partikel yang dapat dikontrol dan konsumsi energi yang rendah.
1. Bahan Baku dan Pelarut
• Prekursor: Seng nitrat (Zn(NO₃)₂) dan natrium telurit (Na₂TeO₃) atau bubuk telurium (Te).
• Agen pereduksi: Hidrazin hidrat (N₂H₄·H₂O) atau natrium borohidrida (NaBH₄).
• Pelarut: Etilendiamin (EDA) atau air deionisasi (air DI).
2. Aliran Proses
• Langkah 1: Pembubaran Prekursor
o Larutkan Zn(NO₃)₂ dan Na₂TeO₃ dengan perbandingan molar 1:1 dalam pelarut sambil diaduk.
• Langkah 2: Reaksi Reduksi
o Tambahkan zat pereduksi (misalnya, N₂H₄·H₂O) dan tutup dalam autoklaf bertekanan tinggi.
o Kondisi reaksi:
Suhu: 180–220°C
Waktu: 12–24 jam
Tekanan: Dihasilkan sendiri (3–5 MPa)
o Persamaan reaksi:Zn2++TeO32−+Agen pereduksi→ZnTe+Produk sampingan (misalnya, H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Agen pereduksi→ZnTe+Produk sampingan (misalnya, H₂O, N₂)
• Langkah 3: Pasca perawatan
o Sentrifus untuk mengisolasi produk, cuci 3–5 kali dengan etanol dan air DI.
o Keringkan dalam vakum (60–80°C selama 4–6 jam).
3. Parameter Utama
• Konsentrasi prekursor: 0,1–0,5 mol/L
• Kontrol pH: 9–11 (kondisi basa mendukung reaksi)
• Kontrol ukuran partikel: Sesuaikan melalui jenis pelarut (misalnya, EDA menghasilkan nanokabel; fase berair menghasilkan nanopartikel).
____________________________
III. Proses Lanjutan Lainnya
1. Deposisi Uap Kimia (CVD)
• Aplikasi: Persiapan film tipis (misalnya, sel surya).
• Prekursor: Dietilseng (Zn(C₂H₅)₂) dan dietiltelurium (Te(C₂H₅)₂).
• Parameternya:
o Suhu pengendapan: 350–450°C
o Gas pembawa: campuran H₂/Ar (laju aliran: 50–100 sccm)
Tekanan: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Paduan Mekanik (Ball Milling)
• Fitur: Sintesis suhu rendah bebas pelarut.
• Parameternya:
o Rasio bola dengan bubuk: 10:1
o Waktu penggilingan: 20–40 jam
o Kecepatan putaran: 300–500 rpm
____________________________
IV. Kontrol Kualitas dan Karakterisasi
1. Analisis kemurnian: Difraksi sinar-X (XRD) untuk struktur kristal (puncak utama pada 2θ ≈25,3°).
2. Kontrol morfologi: Mikroskop elektron transmisi (TEM) untuk ukuran nanopartikel (tipikal: 10–50 nm).
3. Rasio unsur: Spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS) atau spektrometri massa plasma induksi (ICP-MS) untuk mengonfirmasi Zn ≈1:1.
____________________________
V. Pertimbangan Keselamatan dan Lingkungan
1. Pengolahan gas buang: Serap H₂Te dengan larutan alkali (misalnya, NaOH).
2. Pemulihan pelarut: Daur ulang pelarut organik (misalnya, EDA) melalui distilasi.
3. Tindakan perlindungan: Gunakan masker gas (untuk perlindungan H₂Te) dan sarung tangan anti korosi.
____________________________
VI. Tren Teknologi
• Sintesis hijau: Mengembangkan sistem fase air untuk mengurangi penggunaan pelarut organik.
• Modifikasi doping: Tingkatkan konduktivitas dengan doping Cu, Ag, dll.
• Produksi berskala besar: Gunakan reaktor aliran kontinu untuk mencapai batch berskala kg.
Waktu posting: 21-Mar-2025