თუთიის ტელურიდი (ZnTe), მნიშვნელოვანი II-VI ნახევარგამტარული მასალა, ფართოდ გამოიყენება ინფრაწითელ გამოვლენაში, მზის უჯრედებსა და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში. ნანოტექნოლოგიასა და მწვანე ქიმიაში ბოლოდროინდელმა მიღწევებმა ოპტიმიზაცია მოახდინა მის წარმოებაში. ქვემოთ მოცემულია მიმდინარე ძირითადი ZnTe წარმოების პროცესები და ძირითადი პარამეტრები, მათ შორის ტრადიციული მეთოდები და თანამედროვე გაუმჯობესებები:
_________________________________________________
I. ტრადიციული წარმოების პროცესი (პირდაპირი სინთეზი)
1. ნედლეულის მომზადება
• მაღალი სისუფთავის თუთია (Zn) და თელურიუმი (Te): სისუფთავე ≥99,999% (5N კლასი), შერეული 1:1 მოლარული თანაფარდობით.
• დამცავი გაზი: მაღალი სისუფთავის არგონი (Ar) ან აზოტი (N₂) დაჟანგვის თავიდან ასაცილებლად.
2. პროცესის ნაკადი
• ნაბიჯი 1: ვაკუუმური დნობის სინთეზი
o შეურიეთ Zn და Te ფხვნილები კვარცის მილში და ევაკუაცია ≤10-3 Pa-მდე.
o გათბობის პროგრამა: გაათბეთ 5–10°C/წთ 500–700°C–მდე, გააჩერეთ 4–6 საათის განმავლობაში.
o რეაქციის განტოლება:Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• ნაბიჯი 2: ანილირება
o ნედლი პროდუქტის დამუშავება 400–500°C ტემპერატურაზე 2–3 საათის განმავლობაში გისოსების დეფექტების შესამცირებლად.
• ნაბიჯი 3: დამსხვრევა და გაცრა
o გამოიყენეთ ბურთიანი წისქვილი ნაყარი მასალის დასაფქვავად სამიზნე ნაწილაკების ზომამდე (მაღალენერგეტიკული ბურთის დაფქვა ნანომასშტაბისთვის).
3. ძირითადი პარამეტრები
• ტემპერატურის კონტროლის სიზუსტე: ±5°C
• გაგრილების სიჩქარე: 2–5°C/წთ (თერმული სტრესის ბზარების თავიდან ასაცილებლად)
• ნედლეულის ნაწილაკების ზომა: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
_________________________________________________
II. თანამედროვე გაუმჯობესებული პროცესი (სოლვოთერმული მეთოდი)
სოლვოთერმული მეთოდი არის ნანომასშტაბიანი ZnTe წარმოების ძირითადი ტექნიკა, რომელიც გვთავაზობს უპირატესობებს, როგორიცაა კონტროლირებადი ნაწილაკების ზომა და დაბალი ენერგიის მოხმარება.
1. ნედლეული და გამხსნელები
• წინამორბედები: თუთიის ნიტრატი (Zn(NO3)2) და ნატრიუმის ტელურიტი (Na2TeO3) ან თელურიუმის ფხვნილი (Te).
• შემცირების საშუალებები: ჰიდრაზინის ჰიდრატი (N2H4·H2O) ან ნატრიუმის ბოროჰიდრიდი (NaBH4).
• გამხსნელები: ეთილენდიამინი (EDA) ან დეიონიზებული წყალი (DI წყალი).
2. პროცესის ნაკადი
• ნაბიჯი 1: წინამორბედის დაშლა
o გახსენით Zn(NO3)2 და Na2TeO3 1:1 მოლური თანაფარდობით გამხსნელში მორევის დროს.
• ნაბიჯი 2: შემცირების რეაქცია
o დაამატეთ შემცირების საშუალება (მაგ. N2H4·H2O) და დალუქეთ მაღალი წნევის ავტოკლავში.
o რეაქციის პირობები:
ტემპერატურა: 180–220°C
დრო: 12-24 საათი
წნევა: თვითწარმოქმნილი (3–5 მპა)
o რეაქციის განტოლება:Zn2++TeO32−+აღმდგენი აგენტი→ZnTe+ქვეპროდუქტები (მაგ., H2O, N2)Zn2++TeO32−+აღმდგენი აგენტი→ZnTe+ქვეპროდუქტები (მაგ., H2O, N₂)
• ნაბიჯი 3: მკურნალობის შემდგომი
o ცენტრიფუგა პროდუქტის იზოლირებისთვის, გარეცხეთ 3-5-ჯერ ეთანოლითა და DI წყლით.
o გააშრეთ ვაკუუმში (60–80°C 4–6 საათის განმავლობაში).
3. ძირითადი პარამეტრები
• წინამორბედის კონცენტრაცია: 0,1–0,5 მოლ/ლ
• pH კონტროლი: 9–11 (ტუტე პირობები ხელს უწყობს რეაქციას)
• ნაწილაკების ზომის კონტროლი: დაარეგულირეთ გამხსნელის ტიპის მიხედვით (მაგ., EDA იძლევა ნანომავთულს; წყლის ფაზა იძლევა ნანონაწილაკებს).
_________________________________________________
III. სხვა მოწინავე პროცესები
1. ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD)
• გამოყენება: თხელი ფენის მომზადება (მაგ., მზის უჯრედები).
• წინამორბედები: დიეთილთუთია (Zn(C2H5)2) და დიეთილტელურიუმი (Te(C2H5)2).
• პარამეტრები:
o დეპონირების ტემპერატურა: 350–450°C
o გადამზიდავი გაზი: H2/Ar ნარევი (ნაკადის სიჩქარე: 50–100 სსმ)
o წნევა: 10-2-10-3 ტორ
2. მექანიკური შენადნობები (ბურთების დაფქვა)
• მახასიათებლები: გამხსნელების გარეშე, დაბალ ტემპერატურაზე სინთეზი.
• პარამეტრები:
o ბურთი-ფხვნილის თანაფარდობა: 10:1
o დაფქვის დრო: 20–40 საათი
o ბრუნვის სიჩქარე: 300–500 rpm
_________________________________________________
IV. ხარისხის კონტროლი და დახასიათება
1. სისუფთავის ანალიზი: რენტგენის დიფრაქცია (XRD) კრისტალური სტრუქტურისთვის (მთავარი პიკი 2θ ≈25.3°).
2. მორფოლოგიური კონტროლი: გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპია (TEM) ნანონაწილაკების ზომისთვის (ტიპიური: 10–50 ნმ).
3. ელემენტარული თანაფარდობა: ენერგიის დისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპია (EDS) ან ინდუქციურად დაწყვილებული პლაზმური მასის სპექტრომეტრია (ICP-MS) Zn ≈1:1 დასადასტურებლად.
_________________________________________________
V. უსაფრთხოებისა და გარემოსდაცვითი მოსაზრებები
1. ნარჩენი აირის დამუშავება: შთანთქავს H2Te ტუტე ხსნარებით (მაგ. NaOH).
2. გამხსნელის აღდგენა: ორგანული გამხსნელების გადამუშავება (მაგ. EDA) დისტილაციით.
3. დამცავი ზომები: გამოიყენეთ გაზის ნიღბები (H2Te დაცვისთვის) და კოროზიის მდგრადი ხელთათმანები.
_________________________________________________
VI. ტექნოლოგიური ტენდენციები
• მწვანე სინთეზი: წყლის ფაზის სისტემების შემუშავება ორგანული გამხსნელების გამოყენების შესამცირებლად.
• დოპინგ მოდიფიკაცია: გამტარობის გაძლიერება Cu, Ag და ა.შ. დოპინგით.
• ფართომასშტაბიანი წარმოება: მიიღება უწყვეტი ნაკადის რეაქტორები კგ-ის მასშტაბის პარტიების მისაღწევად.
გამოქვეყნების დრო: მარ-21-2025