Цинк телурид (ЗнТе), важан ИИ-ВИ полупроводнички материјал, широко се користи у инфрацрвеној детекцији, соларним ћелијама и оптоелектронским уређајима. Недавни напредак у нанотехнологији и зеленој хемији оптимизовао је његову производњу. Испод су тренутни главни производни процеси ЗнТе и кључни параметри, укључујући традиционалне методе и савремена побољшања:
__________________________________________
И. Традиционални производни процес (директна синтеза)
1. Припрема сировина
• Цинк (Зн) и телур (Те) високе чистоће: чистоћа ≥99,999% (класа 5Н), помешани у моларном односу 1:1.
• Заштитни гас: Аргон (Ар) или азот (Н₂) високе чистоће за спречавање оксидације.
2. Ток процеса
• Корак 1: Синтеза вакуумског топљења
о Помешати прах Зн и Те у кварцној цеви и евакуисати до ≤10⁻³ Па.
о Програм загревања: Загревати на 5–10°Ц/мин на 500–700°Ц, држати 4–6 сати.
о Једначина реакције: Зн+Те→ΔЗнТеЗн+ТеΔЗнТе
• Корак 2: жарење
о Жарење сировог производа на 400–500°Ц током 2–3 сата да би се смањили дефекти решетке.
• Корак 3: дробљење и просијавање
о Користите куглични млин за млевење расутог материјала до циљане величине честица (високоенергетско млевење куглица за наносмеру).
3. Кључни параметри
• Тачност контроле температуре: ±5°Ц
• Брзина хлађења: 2–5°Ц/мин (да би се избегле пукотине од топлотног напрезања)
• Величина честица сировог материјала: Зн (100–200 месх), Те (200–300 месх)
__________________________________________
ИИ. Модерни побољшани процес (солвотермална метода)
Солвотермална метода је главна техника за производњу ЗнТе наноразмера, која нуди предности као што су величина честица која се може контролисати и ниска потрошња енергије.
1. Сировине и растварачи
• Прекурсори: Цинк нитрат (Зн(НО₃)₂) и натријум телурит (На₂ТеО₃) или телур у праху (Те).
• Редукциони агенси: Хидразин хидрат (Н₂Х₄·Х₂О) или натријум борохидрид (НаБХ₄).
• Растварачи: Етилендиамин (ЕДА) или дејонизована вода (ДИ вода).
2. Ток процеса
• Корак 1: Растварање прекурсора
о Растворите Зн(НО₃)₂ и На2ТеО₃ у моларном односу 1:1 у растварачу уз мешање.
• Корак 2: Реакција редукције
о Додати редукционо средство (нпр. Н₂Х₄·Х₂О) и затворити у аутоклаву под високим притиском.
о Услови реакције:
Температура: 180–220°Ц
Време: 12–24 сата
Притисак: самогенерисан (3–5 МПа)
о Реакциона једначина: Зн2++ТеО32−+Редукујући агенс→ЗнТе+нуспроизводи (нпр. Х₂О, Н₂)Зн2++ТеО32−+редукциони агенс→ЗнТе+нуспроизводи (нпр. Х₂О, Н₂)
• Корак 3: Пост-третман
о Центрифугирајте да бисте изоловали производ, исперите 3-5 пута етанолом и ДИ водом.
о Осушите под вакуумом (60–80°Ц 4–6 сати).
3. Кључни параметри
• Концентрација прекурсора: 0,1–0,5 мол/Л
• пХ контрола: 9–11 (алкални услови фаворизују реакцију)
• Контрола величине честица: Подешавање преко типа растварача (нпр. ЕДА даје наножице; водена фаза даје наночестице).
__________________________________________
ИИИ. Други напредни процеси
1. Хемијско таложење паре (ЦВД)
• Примена: танкослојни препарат (нпр. соларне ћелије).
• Прекурсори: диетилцинк (Зн(Ц₂Х₅)₂) и диетилтелуријум (Те(Ц₂Х₅)₂).
• Параметри:
о Температура таложења: 350–450°Ц
о Гас носач: смеша Х2/Ар (брзина протока: 50–100 сццм)
о Притисак: 10⁻²–10⁻³ Торр
2. Механичко легирање (куглично глодање)
• Карактеристике: Синтеза на ниским температурама без растварача.
• Параметри:
о Однос лопте и праха: 10:1
о Време млевења: 20–40 сати
о Брзина ротације: 300–500 о/мин
__________________________________________
ИВ. Контрола квалитета и карактеризација
1. Анализа чистоће: рендгенска дифракција (КСРД) за кристалну структуру (главни пик на 2θ ≈25,3°).
2. Контрола морфологије: трансмисиона електронска микроскопија (ТЕМ) за величину наночестица (типично: 10–50 нм).
3. Елементарни однос: Енергетски дисперзивна рендгенска спектроскопија (ЕДС) или масена спектрометрија индуктивно спрегнуте плазме (ИЦП-МС) за потврду Зн ≈1:1.
__________________________________________
В. Разматрања безбедности и животне средине
1. Третман отпадних гасова: Апсорбовати Х₂Те са алкалним растворима (нпр. НаОХ).
2. Регенерација растварача: Рециклирајте органске раствараче (нпр. ЕДА) дестилацијом.
3. Мере заштите: Користити гас маске (за Х₂Те заштиту) и рукавице отпорне на корозију.
__________________________________________
ВИ. Технолошки трендови
• Зелена синтеза: Развити системе водене фазе за смањење употребе органских растварача.
• Модификација допинга: Повећајте проводљивост допирањем са Цу, Аг итд.
• Производња великих размера: Усвојите реакторе са континуалним протоком да бисте добили серије од кг.
Време поста: 21.03.2025