झिंक टेल्युराइड (ZnTe), एक महत्त्वाचा II-VI अर्धवाहक पदार्थ, इन्फ्रारेड डिटेक्शन, सौर पेशी आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो. नॅनोटेक्नॉलॉजी आणि ग्रीन केमिस्ट्रीमधील अलीकडील प्रगतीमुळे त्याचे उत्पादन ऑप्टिमाइझ झाले आहे. पारंपारिक पद्धती आणि आधुनिक सुधारणांसह सध्याच्या मुख्य प्रवाहातील ZnTe उत्पादन प्रक्रिया आणि प्रमुख पॅरामीटर्स खाली दिले आहेत:
_____________________________________________
I. पारंपारिक उत्पादन प्रक्रिया (थेट संश्लेषण)
१. कच्च्या मालाची तयारी
• उच्च-शुद्धता असलेले झिंक (Zn) आणि टेल्युरियम (Te): शुद्धता ≥99.999% (5N ग्रेड), 1:1 मोलर रेशोमध्ये मिसळलेले.
• संरक्षक वायू: ऑक्सिडेशन रोखण्यासाठी उच्च-शुद्धता असलेला आर्गॉन (Ar) किंवा नायट्रोजन (N₂).
२. प्रक्रिया प्रवाह
• पायरी १: व्हॅक्यूम मेल्टिंग सिंथेसिस
o क्वार्ट्ज ट्यूबमध्ये Zn आणि Te पावडर मिसळा आणि ≤10⁻³ Pa पर्यंत बाहेर काढा.
o गरम करण्याचा कार्यक्रम: ५-१०°C/मिनिट ते ५००-७००°C पर्यंत गरम करा, ४-६ तास धरून ठेवा.
o अभिक्रिया समीकरण: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• पायरी २: अ‍ॅनिलिंग
o जाळीतील दोष कमी करण्यासाठी कच्च्या उत्पादनाला ४००-५००°C वर २-३ तासांसाठी एनील करा.
• पायरी ३: कुस्करणे आणि चाळणे
o मोठ्या प्रमाणात पदार्थ लक्ष्यित कण आकारात बारीक करण्यासाठी बॉल मिल वापरा (नॅनोस्केलसाठी उच्च-ऊर्जा बॉल मिलिंग).
३. प्रमुख पॅरामीटर्स
• तापमान नियंत्रण अचूकता: ±५°C
• थंड होण्याचा दर: २-५°C/मिनिट (थर्मल स्ट्रेस क्रॅक टाळण्यासाठी)
• कच्च्या मालाचे कण आकार: Zn (१००-२०० मेष), Te (२००-३०० मेष)
_____________________________________________
II. आधुनिक सुधारित प्रक्रिया (सोल्वोथर्मल पद्धत)
सोल्वोथर्मल पद्धत ही नॅनोस्केल ZnTe तयार करण्यासाठी मुख्य प्रवाहातील तंत्र आहे, जी नियंत्रित कण आकार आणि कमी ऊर्जा वापर असे फायदे देते.
१. कच्चा माल आणि सॉल्व्हेंट्स
• पूर्वसूचक: झिंक नायट्रेट (Zn(NO₃)₂) आणि सोडियम टेल्युराइट (Na₂TeO₃) किंवा टेल्युरियम पावडर (Te).
• कमी करणारे घटक: हायड्राझिन हायड्रेट (N₂H₄·H₂O) किंवा सोडियम बोरोहायड्राइड (NaBH₄).
• सॉल्व्हेंट्स: इथिलेनेडायमिन (EDA) किंवा डीआयोनाइज्ड वॉटर (DI वॉटर).
२. प्रक्रिया प्रवाह
• पायरी १: पूर्वसूचक विघटन
o ढवळत असताना द्रावकात Zn(NO₃)₂ आणि Na₂TeO₃ १:१ मोलर प्रमाणात विरघळवा.
• पायरी २: रिडक्शन रिएक्शन
o रिड्यूसिंग एजंट (उदा., N₂H₄·H₂O) घाला आणि उच्च-दाब ऑटोक्लेव्हमध्ये सील करा.
o प्रतिक्रिया परिस्थिती:
तापमान: १८०–२२०°C
वेळ: १२-२४ तास
दाब: स्वतः निर्माण होणारा (३-५ MPa)
o अभिक्रिया समीकरण: Zn2++TeO32−+कमी करणारे एजंट→ZnTe+उपउत्पादने (उदा., H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+कमी करणारे एजंट→ZnTe+उपउत्पादने (उदा., H₂O, N₂)
• पायरी ३: उपचारानंतर
o उत्पादन वेगळे करण्यासाठी सेंट्रीफ्यूज, इथेनॉल आणि DI पाण्याने 3-5 वेळा धुवा.
o व्हॅक्यूमखाली वाळवा (४-६ तासांसाठी ६०-८०°C).
३. प्रमुख पॅरामीटर्स
• पूर्वसूचक सांद्रता: ०.१–०.५ मोल/लि.
• pH नियंत्रण: 9-11 (क्षारीय परिस्थिती प्रतिक्रियांना अनुकूल असते)
• कण आकार नियंत्रण: सॉल्व्हेंट प्रकाराद्वारे समायोजित करा (उदा., EDA नॅनोवायर देते; जलीय टप्प्यामुळे नॅनोपार्टिकल्स मिळतात).
_____________________________________________
III. इतर प्रगत प्रक्रिया
१. रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD)
• वापर: पातळ-फिल्म तयारी (उदा., सौर पेशी).
• पूर्वसूचक: डायथिलझिंक (Zn(C₂H₅)₂) आणि डायथिलटेल्यूरियम (Te(C₂H₅)₂).
• पॅरामीटर्स:
o साचण्याचे तापमान: ३५०–४५०°C
o वाहक वायू: H₂/Ar मिश्रण (प्रवाह दर: 50-100 sccm)
o दाब: १०⁻²–१०⁻³ टॉर
२. यांत्रिक मिश्रधातू (बॉल मिलिंग)
• वैशिष्ट्ये: द्रावक-मुक्त, कमी-तापमानाचे संश्लेषण.
• पॅरामीटर्स:
o बॉल-टू-पावडर गुणोत्तर: १०:१
o दळण्याची वेळ: २०-४० तास
o रोटेशन गती: ३००-५०० आरपीएम
_____________________________________________
IV. गुणवत्ता नियंत्रण आणि वैशिष्ट्यीकरण
१. शुद्धता विश्लेषण: क्रिस्टल रचनेसाठी एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) (मुख्य शिखर २θ ≈२५.३°).
२. आकारविज्ञान नियंत्रण: नॅनोपार्टिकल आकारासाठी ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (TEM) (सामान्यतः १०-५० nm).
३. मूलद्रव्य गुणोत्तर: Zn ≈१:१ ची पुष्टी करण्यासाठी ऊर्जा-विखुरणारा एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) किंवा प्रेरकपणे जोडलेले प्लाझ्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ICP-MS).
_____________________________________________
V. सुरक्षितता आणि पर्यावरणीय बाबी
१. कचरा वायू प्रक्रिया: अल्कधर्मी द्रावणांसह H₂Te शोषून घ्या (उदा., NaOH).
२. सॉल्व्हेंट रिकव्हरी: डिस्टिलेशनद्वारे सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्स (उदा., EDA) रीसायकल करा.
३. संरक्षणात्मक उपाय: गॅस मास्क (H₂Te संरक्षणासाठी) आणि गंज-प्रतिरोधक हातमोजे वापरा.
_____________________________________________
सहावा. तांत्रिक ट्रेंड
• हिरवे संश्लेषण: सेंद्रिय द्रावकांचा वापर कमी करण्यासाठी जलीय-फेज प्रणाली विकसित करा.
• डोपिंगमध्ये बदल: Cu, Ag, इत्यादींसह डोपिंग करून चालकता वाढवा.
• मोठ्या प्रमाणात उत्पादन: किलो-स्केल बॅचेस मिळविण्यासाठी सतत-प्रवाह अणुभट्ट्यांचा अवलंब करा.
पोस्ट वेळ: मार्च-२१-२०२५