Cinka telurīds (ZnTe), svarīgs II-VI pusvadītāju materiāls, tiek plaši izmantots infrasarkano staru noteikšanā, saules baterijās un optoelektroniskajās ierīcēs. Jaunākie sasniegumi nanotehnoloģijā un zaļajā ķīmijā ir optimizējuši tā ražošanu. Tālāk ir norādīti pašreizējie galvenie ZnTe ražošanas procesi un galvenie parametri, tostarp tradicionālās metodes un mūsdienīgi uzlabojumi:
_____________________________________________
I. Tradicionālais ražošanas process (tiešā sintēze)
1. Izejvielu sagatavošana
• Augstas tīrības pakāpes cinks (Zn) un telūrs (Te): tīrība ≥99,999% (5N pakāpe), sajaukts molārā attiecībā 1:1.
• Aizsarggāze: augstas tīrības pakāpes argons (Ar) vai slāpeklis (N₂), lai novērstu oksidēšanos.
2. Procesa plūsma
• 1. solis: vakuumkausēšanas sintēze
o Sajauc Zn un Te pulverus kvarca mēģenē un evakuē līdz ≤10⁻³ Pa.
o Sildīšanas programma: Karsē 5–10°C/min līdz 500–700°C, notur 4–6 stundas.
o reakcijas vienādojums: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• 2. solis: atkvēlināšana
o Karsējiet jēlproduktu 400–500°C temperatūrā 2–3 stundas, lai samazinātu režģa defektus.
• 3. solis: sasmalcināšana un sijāšana
o Izmantojiet lodīšu dzirnavas, lai sasmalcinātu beramo materiālu līdz mērķa daļiņu izmēram (augstas enerģijas lodīšu frēzēšana nanomērogam).
3. Galvenie parametri
• Temperatūras kontroles precizitāte: ±5°C
• Dzesēšanas ātrums: 2–5°C/min (lai izvairītos no termiskā stresa plaisām)
• Izejvielu daļiņu izmērs: Zn (100–200 acs), Te (200–300 acs)
_____________________________________________
II. Mūsdienu uzlabots process (solvotermiskā metode)
Solvotermālā metode ir galvenā nanomēroga ZnTe ražošanas metode, kas piedāvā tādas priekšrocības kā kontrolējams daļiņu izmērs un zems enerģijas patēriņš.
1. Izejvielas un šķīdinātāji
• Prekursori: cinka nitrāts (Zn(NO₃)₂) un nātrija telurīts (Na₂TeO₃) vai telūra pulveris (Te).
• Reducētāji: hidrazīna hidrāts (N2H4·H2O) vai nātrija borhidrīds (NaBH4).
• Šķīdinātāji: Etilēndiamīns (EDA) vai dejonizēts ūdens (DI ūdens).
2. Procesa plūsma
• 1. solis: prekursora izšķīdināšana
o Maisot šķīdinātājā izšķīdina Zn(NO3)₂ un Na2TeO3 molārā attiecībā 1:1.
• 2. darbība: samazināšanas reakcija
o Pievienojiet reducējošo līdzekli (piem., N2H4·H2O) un noslēdziet augstspiediena autoklāvā.
o Reakcijas apstākļi:
Temperatūra: 180–220°C
Laiks: 12-24 stundas
Spiediens: pašu radīts (3–5 MPa)
o Reakcijas vienādojums: Zn2++TeO32−+Reducētājs → ZnTe+ Blakusprodukti (piem., H2O, N₂)Zn2++TeO32−+Reducētājs → ZnTe+ Blakusprodukti (piem., H2O, N₂)
• 3. solis: pēcapstrāde
o Centrifugējiet, lai izolētu produktu, mazgājiet 3–5 reizes ar etanolu un DI ūdeni.
o Žāvē vakuumā (60–80°C 4–6 stundas).
3. Galvenie parametri
• Prekursoru koncentrācija: 0,1–0,5 mol/L
• pH kontrole: 9–11 (sārmaini apstākļi veicina reakciju)
• Daļiņu izmēra kontrole: pielāgojiet, izmantojot šķīdinātāja veidu (piemēram, EDA iegūst nanovadus; ūdens fāze rada nanodaļiņas).
_____________________________________________
III. Citi uzlabotie procesi
1. Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD)
• Pielietojums: Plānas kārtiņas sagatavošana (piem., saules baterijas).
• Prekursori: Dietilcinks (Zn(C2H5)2) un dietiltelūrs (Te(C2H5)2).
• Parametri:
o Nogulsnēšanās temperatūra: 350–450°C
o Nesējgāze: H₂/Ar maisījums (plūsmas ātrums: 50–100 sccm)
o Spiediens: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Mehāniskā sakausēšana (lodīšu frēzēšana)
• Īpašības: Bez šķīdinātājiem, zemas temperatūras sintēze.
• Parametri:
o Bumbiņas un pulvera attiecība: 10:1
o Frēzēšanas laiks: 20–40 stundas
o Rotācijas ātrums: 300–500 apgr./min
_____________________________________________
IV. Kvalitātes kontrole un raksturojums
1. Tīrības analīze: rentgenstaru difrakcija (XRD) kristāla struktūrai (galvenais maksimums pie 2θ ≈25,3°).
2. Morfoloģijas kontrole: transmisijas elektronu mikroskopija (TEM) nanodaļiņu izmēram (parasti: 10–50 nm).
3. Elementu attiecība: Enerģiju izkliedējošā rentgenstaru spektroskopija (EDS) vai induktīvi saistītā plazmas masas spektrometrija (ICP-MS), lai apstiprinātu Zn ≈1:1.
_____________________________________________
V. Drošības un vides apsvērumi
1. Atkritumu gāzu apstrāde: Absorbējiet H₂Te ar sārma šķīdumiem (piem., NaOH).
2. Šķīdinātāja reģenerācija: pārstrādāt organiskos šķīdinātājus (piemēram, EDA), izmantojot destilāciju.
3. Aizsardzības pasākumi: izmantojiet gāzmaskas (H₂Te aizsardzībai) un korozijizturīgus cimdus.
_____________________________________________
VI. Tehnoloģiskās tendences
• Zaļā sintēze: izstrādājiet ūdens fāzes sistēmas, lai samazinātu organisko šķīdinātāju izmantošanu.
• Dopinga modifikācija: uzlabojiet vadītspēju, leģējot ar Cu, Ag utt.
• Liela mēroga ražošana: izmantojiet nepārtrauktas plūsmas reaktorus, lai iegūtu kg mēroga partijas.
Izsūtīšanas laiks: 21.03.2025