Zink telluride (ZnTe), bahan semikonduktor II-VI yang penting, digunakan secara meluas dalam pengesanan inframerah, sel suria, dan peranti optoelektronik. Kemajuan terkini dalam nanoteknologi dan kimia hijau telah mengoptimumkan pengeluarannya. Di bawah ialah proses pengeluaran ZnTe arus perdana dan parameter utama, termasuk kaedah tradisional dan penambahbaikan moden:
________________________________________
I. Proses Pengeluaran Tradisional (Sintesis Langsung)
1. Penyediaan Bahan Mentah
• Zink ketulenan tinggi (Zn) dan telurium (Te): Ketulenan ≥99.999% (gred 5N), dicampur dalam nisbah molar 1:1.
• Gas pelindung: Argon (Ar) atau nitrogen (N₂) ketulenan tinggi untuk mengelakkan pengoksidaan.
2. Aliran Proses
• Langkah 1: Sintesis Lebur Vakum
o Campurkan serbuk Zn dan Te dalam tiub kuarza dan pindahkan ke ≤10⁻³ Pa.
o Program pemanasan: Panaskan pada 5–10°C/min hingga 500–700°C, tahan selama 4–6 jam.
o Persamaan tindak balas:Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Langkah 2: Penyepuhlindapan
o Anilkan produk mentah pada suhu 400–500°C selama 2–3 jam untuk mengurangkan kecacatan kekisi.
• Langkah 3: Menghancur dan Mengayak
o Gunakan pengisar bebola untuk mengisar bahan pukal kepada saiz zarah sasaran (pengilangan bebola tenaga tinggi untuk skala nano).
3. Parameter Utama
• Ketepatan kawalan suhu: ±5°C
• Kadar penyejukan: 2–5°C/min (untuk mengelakkan keretakan tegasan haba)
• Saiz zarah bahan mentah: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
________________________________________
II. Proses Moden yang Diperbaiki (Kaedah Solvoterma)
Kaedah solvoterma ialah teknik arus perdana untuk menghasilkan ZnTe skala nano, menawarkan kelebihan seperti saiz zarah yang boleh dikawal dan penggunaan tenaga yang rendah.
1. Bahan Mentah dan Pelarut
• Prekursor: Zink nitrat (Zn(NO₃)₂) dan natrium tellurit (Na₂TeO₃) atau serbuk tellurium (Te).
• Agen pengurangan: Hidrazin hidrat (N₂H₄·H₂O) atau natrium borohidrida (NaBH₄).
• Pelarut: Ethylenediamine (EDA) atau air ternyahion (air DI).
2. Aliran Proses
• Langkah 1: Pembubaran Prekursor
o Larutkan Zn(NO₃)₂ dan Na₂TeO₃ dalam nisbah molar 1:1 dalam pelarut di bawah kacau.
• Langkah 2: Reaksi Pengurangan
o Tambah agen penurunan (cth, N₂H₄·H₂O) dan tutup dalam autoklaf tekanan tinggi.
o Keadaan tindak balas:
Suhu: 180–220°C
Masa: 12–24 jam
Tekanan: Dijana sendiri (3–5 MPa)
o Persamaan tindak balas:Zn2++TeO32−+Ejen penurun→ZnTe+Hasil sampingan (cth, H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Ejen penurunan→ZnTe+Hasil sampingan (cth, H₂O, N₂)
• Langkah 3: Selepas rawatan
o Centrifuge untuk mengasingkan produk, basuh 3–5 kali dengan etanol dan air DI.
o Keringkan di bawah vakum (60–80°C selama 4–6 jam).
3. Parameter Utama
• Kepekatan prekursor: 0.1–0.5 mol/L
• Kawalan pH: 9–11 (keadaan alkali menyokong tindak balas)
• Kawalan saiz zarah: Laraskan melalui jenis pelarut (cth, EDA menghasilkan wayar nano; fasa akueus menghasilkan zarah nano).
________________________________________
III. Proses Lanjutan Lain
1. Pemendapan Wap Kimia (CVD)
• Aplikasi: Penyediaan filem nipis (cth, sel solar).
• Prekursor: Dietilzink (Zn(C₂H₅)₂) dan dietiltellurium (Te(C₂H₅)₂).
• Parameter:
o Suhu pemendapan: 350–450°C
o Gas pembawa: Campuran H₂/Ar (kadar aliran: 50–100 sccm)
o Tekanan: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Aloi Mekanikal (Pengilangan Bebola)
• Ciri-ciri: Sintesis suhu rendah tanpa pelarut.
• Parameter:
o Nisbah bola kepada serbuk: 10:1
o Masa pengilangan: 20–40 jam
o Kelajuan putaran: 300–500 rpm
________________________________________
IV. Kawalan Kualiti dan Pencirian
1. Analisis ketulenan: Belauan sinar-X (XRD) untuk struktur kristal (puncak utama pada 2θ ≈25.3°).
2. Kawalan morfologi: Mikroskopi elektron penghantaran (TEM) untuk saiz nanozarah (biasa: 10–50 nm).
3. Nisbah unsur: Spektroskopi sinar-X (EDS) penyebaran tenaga atau spektrometri jisim plasma (ICP-MS) berganding induktif untuk mengesahkan Zn ≈1:1.
________________________________________
V. Keselamatan dan Pertimbangan Alam Sekitar
1. Rawatan gas buangan: Serap H₂Te dengan larutan alkali (cth, NaOH).
2. Pemulihan pelarut: Kitar semula pelarut organik (cth, EDA) melalui penyulingan.
3. Langkah perlindungan: Gunakan topeng gas (untuk perlindungan H₂Te) dan sarung tangan kalis kakisan.
________________________________________
VI. Trend Teknologi
• Sintesis hijau: Membangunkan sistem fasa akueus untuk mengurangkan penggunaan pelarut organik.
• Pengubahsuaian doping: Tingkatkan kekonduksian dengan doping dengan Cu, Ag, dsb.
• Pengeluaran berskala besar: Mengguna pakai reaktor aliran berterusan untuk mencapai kelompok skala kg.
Masa siaran: Mac-21-2025