Cinko teluridas (ZnTe), svarbi II-VI puslaidininkių medžiaga, plačiai naudojamas infraraudonųjų spindulių aptikimui, saulės elementams ir optoelektroniniams prietaisams. Naujausi nanotechnologijų ir žaliosios chemijos pasiekimai optimizavo jo gamybą. Žemiau pateikiami pagrindiniai ZnTe gamybos procesai ir pagrindiniai parametrai, įskaitant tradicinius metodus ir šiuolaikinius patobulinimus:
_____________________________________________
I. Tradicinis gamybos procesas (tiesioginė sintezė)
1. Žaliavos paruošimas
• Didelio grynumo cinkas (Zn) ir telūras (Te): grynumas ≥99,999% (5N klasė), sumaišytas 1:1 moliniu santykiu.
• Apsauginės dujos: didelio grynumo argonas (Ar) arba azotas (N₂), kad būtų išvengta oksidacijos.
2. Proceso eiga
• 1 žingsnis: lydymosi vakuume sintezė
o Sumaišykite Zn ir Te miltelius kvarciniame vamzdelyje ir ištuštinkite iki ≤10⁻³ Pa.
o Kaitinimo programa: Kaitinkite 5-10°C/min iki 500-700°C, palaikykite 4-6 val.
o Reakcijos lygtis: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• 2 žingsnis: atkaitinimas
o Neapdorotą produktą kaitinkite 400–500 °C temperatūroje 2–3 valandas, kad sumažintumėte grotelių defektus.
• 3 veiksmas: smulkinimas ir sijojimas
o Naudokite rutulinį malūną, kad susmulkintumėte birią medžiagą iki tikslinio dalelių dydžio (didelės energijos rutulinis malimas nano skalėje).
3. Pagrindiniai parametrai
• Temperatūros reguliavimo tikslumas: ±5°C
• Aušinimo greitis: 2–5°C/min (kad būtų išvengta šiluminio įtempimo įtrūkimų)
• Žaliavos dalelių dydis: Zn (100–200 akių), Te (200–300 akių)
_____________________________________________
II. Šiuolaikinis patobulintas procesas (solvoterminis metodas)
Solvoterminis metodas yra pagrindinis nanomastelio ZnTe gamybos metodas, siūlantis tokius privalumus kaip kontroliuojamas dalelių dydis ir mažas energijos suvartojimas.
1. Žaliavos ir tirpikliai
• Pirmtakai: cinko nitratas (Zn(NO₃)₂) ir natrio teluritas (Na₂TeO₃) arba telūro milteliai (Te).
• Reduktorius: hidrazino hidratas (N2H4·H2O) arba natrio borohidridas (NaBH4).
• Tirpikliai: etilendiaminas (EDA) arba dejonizuotas vanduo (DI vanduo).
2. Proceso eiga
• 1 veiksmas: pirmtakų ištirpinimas
o Ištirpinkite Zn(NO3)₂ ir Na2TeO3 moliniu santykiu 1:1 tirpiklyje, maišydami.
• 2 veiksmas: mažinimo reakcija
o Įpilkite redukcijos agento (pvz., N2H4·H2O) ir užsandarinkite aukšto slėgio autoklave.
o Reakcijos sąlygos:
Temperatūra: 180–220°C
Laikas: 12–24 val
Slėgis: savaime sukuriamas (3–5 MPa)
o Reakcijos lygtis: Zn2++TeO32−+reduktorius → ZnTe+šalutiniai produktai (pvz., H2O, N₂)Zn2++TeO32−+reduktorius → ZnTe+šalutiniai produktai (pvz., H2O, N₂)
• 3 veiksmas: tolesnis gydymas
o Centrifuguokite, kad atskirtumėte produktą, plaukite 3–5 kartus etanoliu ir DI vandeniu.
o Džiovinti vakuume (60–80°C 4–6 val.).
3. Pagrindiniai parametrai
• Pirmtakų koncentracija: 0,1–0,5 mol/L
• pH kontrolė: 9–11 (šarminės sąlygos palankios reakcijai)
• Dalelių dydžio kontrolė: reguliuokite pagal tirpiklio tipą (pvz., EDA sukuria nanolaidelius; vandeninė fazė – nanodaleles).
_____________________________________________
III. Kiti išplėstiniai procesai
1. Cheminis nusodinimas iš garų (CVD)
• Naudojimas: Plonos plėvelės paruošimas (pvz., saulės elementai).
• Pirmtakai: Dietilcinkas (Zn(C2H5)2) ir dietilteliūras (Te(C2H5)2).
• Parametrai:
o Nusodinimo temperatūra: 350–450°C
o Nešančiosios dujos: H₂/Ar mišinys (tekėjimo greitis: 50–100 sccm)
o Slėgis: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Mechaninis legiravimas (rutulinis frezavimas)
• Savybės: Be tirpiklių, žemos temperatūros sintezė.
• Parametrai:
o Kamuoliuko ir miltelių santykis: 10:1
o Malimo laikas: 20–40 val
o Sukimosi greitis: 300–500 aps./min
_____________________________________________
IV. Kokybės kontrolė ir apibūdinimas
1. Grynumo analizė: rentgeno spindulių difrakcija (XRD) kristalų struktūrai nustatyti (pagrindinė smailė ties 2θ ≈25,3°).
2. Morfologijos kontrolė: nanodalelių dydžio transmisijos elektronų mikroskopija (TEM) (tipiška: 10–50 nm).
3. Elementų santykis: Energijos dispersinė rentgeno spektroskopija (EDS) arba induktyviai susietos plazmos masės spektrometrija (ICP-MS), kad patvirtintų Zn ≈1:1.
_____________________________________________
V. Saugos ir aplinkosaugos aspektai
1. Išmetamųjų dujų apdorojimas: sugerkite H₂Te šarminiais tirpalais (pvz., NaOH).
2. Tirpiklio regeneravimas: organinius tirpiklius (pvz., EDA) perdirbkite distiliuojant.
3. Apsaugos priemonės: naudokite dujokaukes (apsaugai nuo H₂Te) ir korozijai atsparias pirštines.
_____________________________________________
VI. Technologinės tendencijos
• Žalioji sintezė: sukurkite vandeninės fazės sistemas, kad sumažintumėte organinių tirpiklių naudojimą.
• Dopingo modifikavimas: padidinkite laidumą dopingu su Cu, Ag ir kt.
• Didelės apimties gamyba: naudokite nuolatinio srauto reaktorius, kad gautumėte kg dydžio partijas.
Paskelbimo laikas: 2025-03-21