Telurura de zinc (ZnTe), un material semiconductor important II-VI, este utilizat pe scară largă în detecția în infraroșu, celule solare și dispozitive optoelectronice. Progresele recente în nanotehnologie și chimie verde au optimizat producția acesteia. Mai jos sunt procesele curente de producție ZnTe și parametrii cheie, inclusiv metodele tradiționale și îmbunătățirile moderne:
_________________________________________
I. Procesul tradițional de producție (sinteză directă)
1. Pregătirea materiei prime
• Zinc de înaltă puritate (Zn) și telur (Te): Puritate ≥99,999% (grad 5N), amestecat într-un raport molar de 1:1.
• Gaz protector: Argon (Ar) sau azot (N₂) de înaltă puritate pentru a preveni oxidarea.
2. Fluxul procesului
• Pasul 1: Sinteza de topire în vid
o Se amestecă pulberile de Zn și Te într-un tub de cuarț și se evacuează la ≤10⁻³ Pa.
o Program de încălzire: Se încălzește la 5–10°C/min la 500–700°C, se menține timp de 4–6 ore.
o Ecuația reacției: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Pasul 2: Recoacere
o Recoaceți produsul brut la 400–500°C timp de 2–3 ore pentru a reduce defectele rețelei.
• Pasul 3: Zdrobirea și cernerea
o Utilizați o moară cu bile pentru a măcina materialul în vrac până la dimensiunea particulelor țintă (frezare cu bile de înaltă energie pentru scară nanometrică).
3. Parametri cheie
• Precizia controlului temperaturii: ±5°C
• Viteza de răcire: 2–5°C/min (pentru a evita fisurile termice)
• Dimensiunea particulelor materiei prime: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
_________________________________________
II. Proces modern îmbunătățit (metoda solvotermă)
Metoda solvotermală este tehnica principală pentru producerea ZnTe la scară nanometrică, oferind avantaje precum dimensiunea controlabilă a particulelor și consumul redus de energie.
1. Materii Prime și Solvenți
• Precursori: azotat de zinc (Zn(NO₃)₂) și telurit de sodiu (Na₂TeO₃) sau pulbere de telur (Te).
• Agenţi reducători: Hidrazină hidrat (N₂H₄·H₂O) sau borohidrură de sodiu (NaBH₄).
• Solvenți: etilendiamină (EDA) sau apă deionizată (apă DI).
2. Fluxul procesului
• Pasul 1: Dizolvarea precursorului
o Se dizolvă Zn(NO₃)₂ și Na₂TeO₃ într-un raport molar de 1:1 în solvent sub agitare.
• Pasul 2: Reacția de reducere
o Se adaugă agentul reducător (de exemplu, N₂H₄·H₂O) și se etanșează într-o autoclavă de înaltă presiune.
o Condiții de reacție:
Temperatura: 180–220°C
Timp: 12–24 ore
Presiune: autogenerată (3–5 MPa)
o Ecuația reacției: Zn2++TeO32−+Agent de reducere→ZnTe+Produse secundare (de exemplu, H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Agent de reducere→ZnTe+Produse secundare (de exemplu, H₂O, N₂)
• Pasul 3: Post-tratament
o Se centrifugă pentru a izola produsul, se spală de 3-5 ori cu etanol și apă DI.
o Se usucă sub vid (60–80°C timp de 4–6 ore).
3. Parametri cheie
• Concentrația precursorului: 0,1–0,5 mol/L
• Controlul pH-ului: 9–11 (condițiile alcaline favorizează reacția)
• Controlul dimensiunii particulelor: Ajustați prin tipul de solvent (de exemplu, EDA produce nanofire; faza apoasă produce nanoparticule).
_________________________________________
III. Alte procese avansate
1. Depunerea chimică în vapori (CVD)
• Aplicare: Preparare de peliculă subțire (de exemplu, celule solare).
• Precursori: Dietilzinc (Zn(C₂H₅)₂) și dietiltelur (Te(C₂H₅)₂).
• Parametri:
o Temperatura de depunere: 350–450°C
o Gaz purtător: amestec H₂/Ar (debit: 50–100 sccm)
o Presiune: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Aliere mecanică (frezare cu bile)
• Caracteristici: Sinteză fără solvenți, la temperatură scăzută.
• Parametri:
o Raport minge-pulbere: 10:1
o Timp de măcinare: 20–40 ore
o Viteza de rotație: 300–500 rpm
_________________________________________
IV. Controlul calității și caracterizarea
1. Analiza purității: difracție de raze X (XRD) pentru structura cristalină (vârf principal la 2θ ≈25,3°).
2. Controlul morfologiei: Microscopia electronică cu transmisie (TEM) pentru dimensiunea nanoparticulelor (tipic: 10–50 nm).
3. Raport elementar: Spectroscopie cu raze X cu dispersie de energie (EDS) sau spectrometrie de masă cu plasmă cuplată inductiv (ICP-MS) pentru a confirma Zn ≈1:1.
_________________________________________
V. Considerații de siguranță și de mediu
1. Tratarea gazelor reziduale: Se absoarbe H₂Te cu soluții alcaline (de exemplu, NaOH).
2. Recuperarea solvenților: Reciclați solvenții organici (de exemplu, EDA) prin distilare.
3. Măsuri de protecție: Folosiți măști de gaz (pentru protecție H₂Te) și mănuși rezistente la coroziune.
_________________________________________
VI. Tendințe tehnologice
• Sinteză verde: Dezvoltați sisteme în fază apoasă pentru a reduce utilizarea solvenților organici.
• Modificarea dopajului: Îmbunătățiți conductivitatea prin dopare cu Cu, Ag etc.
• Producție la scară largă: adoptați reactoare cu flux continuu pentru a obține loturi la scară kg.
Ora postării: 21-mar-2025