สังกะสีเทลลูไรด์ (ZnTe) ซึ่งเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ II-VI ที่สำคัญ ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจจับอินฟราเรด เซลล์แสงอาทิตย์ และอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ความก้าวหน้าล่าสุดในนาโนเทคโนโลยีและเคมีสีเขียวได้ปรับปรุงการผลิตให้เหมาะสมที่สุด ด้านล่างนี้คือกระบวนการผลิต ZnTe หลักในปัจจุบันและพารามิเตอร์หลัก รวมถึงวิธีการดั้งเดิมและการปรับปรุงที่ทันสมัย:
-
I. กระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม (การสังเคราะห์โดยตรง)
1. การเตรียมวัตถุดิบ
• สังกะสี (Zn) และเทลลูเรียม (Te) ที่มีความบริสุทธิ์สูง: ความบริสุทธิ์ ≥99.999% (เกรด 5N) ผสมในอัตราส่วนโมลาร์ 1:1
• ก๊าซป้องกัน: อาร์กอน (Ar) หรือไนโตรเจน (N₂) ที่มีความบริสุทธิ์สูงเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน
2. กระบวนการไหล
• ขั้นตอนที่ 1: การสังเคราะห์การหลอมสูญญากาศ
o ผสมผง Zn และ Te ในหลอดควอตซ์ และดูดออกจนมีอุณหภูมิ ≤10⁻³ Pa
o โปรแกรมการทำความร้อน: ทำความร้อนที่อุณหภูมิ 5–10°C/นาที ถึง 500–700°C เป็นเวลา 4–6 ชั่วโมง
o สมการปฏิกิริยา: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• ขั้นตอนที่ 2: การอบ
o อบผลิตภัณฑ์ดิบที่อุณหภูมิ 400–500°C เป็นเวลา 2–3 ชั่วโมงเพื่อลดข้อบกพร่องของโครงตาข่าย
• ขั้นตอนที่ 3: การบดและการร่อน
o ใช้เครื่องบดลูกบอลเพื่อบดวัสดุจำนวนมากให้ได้ขนาดอนุภาคที่ต้องการ (เครื่องบดลูกบอลพลังงานสูงสำหรับระดับนาโน)
3. พารามิเตอร์ที่สำคัญ
• ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ: ±5°C
• อัตราการทำความเย็น: 2–5°C/นาที (เพื่อหลีกเลี่ยงรอยแตกร้าวจากความเครียดจากความร้อน)
• ขนาดอนุภาคของวัตถุดิบ: Zn (100–200 เมช), Te (200–300 เมช)
-
II. กระบวนการปรับปรุงที่ทันสมัย (วิธี Solvothermal)
วิธีโซลโวเทอร์มอลเป็นเทคนิคหลักในการผลิต ZnTe ในระดับนาโน ซึ่งมีข้อดี เช่น ขนาดอนุภาคที่ควบคุมได้และการใช้พลังงานต่ำ
1. วัตถุดิบและตัวทำละลาย
• สารตั้งต้น: สังกะสีไนเตรต (Zn(NO₃)₂) และโซเดียมเทลลูไรต์ (Na₂TeO₃) หรือผงเทลลูเรียม (Te)
• ตัวรีดิวซ์: ไฮดราซีนไฮเดรต (N₂H₄·H₂O) หรือโซเดียมโบโรไฮไดรด์ (NaBH₄)
• ตัวทำละลาย: เอทิลีนไดอะมีน (EDA) หรือน้ำดีไอออนไนซ์ (น้ำ DI)
2. กระบวนการไหล
• ขั้นตอนที่ 1: การละลายสารตั้งต้น
o ละลาย Zn(NO₃)₂ และ Na₂TeO₃ ในอัตราส่วนโมลาร์ 1:1 ในตัวทำละลายภายใต้การกวน
• ขั้นตอนที่ 2: ปฏิกิริยาการลด
o เติมตัวรีดิวซ์ (เช่น N₂H₄·H₂O) และปิดผนึกในหม้ออัดแรงดันสูง
o สภาวะการเกิดปฏิกิริยา:
อุณหภูมิ: 180–220°C
เวลา: 12–24 ชั่วโมง
แรงดัน: แรงดันที่เกิดขึ้นเอง (3–5 MPa)
o สมการปฏิกิริยา: Zn2++TeO32−+ตัวรีดิวซ์→ZnTe+ผลพลอยได้ (เช่น H₂O, N₂) Zn2++TeO32−+ตัวรีดิวซ์→ZnTe+ผลพลอยได้ (เช่น H₂O, N₂)
• ขั้นตอนที่ 3: หลังการรักษา
o ปั่นแยกผลิตภัณฑ์ แล้วล้างด้วยเอธานอลและน้ำ DI 3–5 ครั้ง
o อบแห้งภายใต้สุญญากาศ (60–80°C เป็นเวลา 4–6 ชั่วโมง)
3. พารามิเตอร์ที่สำคัญ
• ความเข้มข้นของสารตั้งต้น: 0.1–0.5 โมล/ลิตร
• การควบคุมค่า pH: 9–11 (สภาวะที่เป็นด่างเอื้อต่อปฏิกิริยา)
• การควบคุมขนาดของอนุภาค: ปรับได้ผ่านประเภทตัวทำละลาย (เช่น EDA ให้ผลเป็นเส้นลวดนาโน เฟสน้ำให้ผลเป็นอนุภาคนาโน)
-
III. กระบวนการขั้นสูงอื่น ๆ
1. การสะสมไอเคมี (CVD)
• การใช้งาน: การเตรียมฟิล์มบาง (เช่น เซลล์แสงอาทิตย์)
• สารตั้งต้น: ไดเอทิลสังกะสี (Zn(C₂H₅)₂) และไดเอทิลเทลลูเรียม (Te(C₂H₅)₂)
• พารามิเตอร์:
o อุณหภูมิการสะสม: 350–450°C
o ก๊าซพาหะ: ส่วนผสม H₂/Ar (อัตราการไหล: 50–100 sccm)
o แรงดัน: 10⁻²–10⁻³ ทอร์
2. การกลึงโลหะผสมด้วยเครื่องจักร (Ball Milling)
• คุณสมบัติ: การสังเคราะห์ที่อุณหภูมิต่ำ ปราศจากตัวทำละลาย
• พารามิเตอร์:
o อัตราส่วนลูกบอลต่อผง: 10:1
o เวลาในการบด: 20–40 ชั่วโมง
o ความเร็วรอบหมุน: 300–500 รอบต่อนาที
-
IV. การควบคุมคุณภาพและการกำหนดลักษณะ
1. การวิเคราะห์ความบริสุทธิ์: การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) สำหรับโครงสร้างผลึก (จุดสูงสุดหลักที่ 2θ ≈25.3°)
2. การควบคุมสัณฐานวิทยา: กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) สำหรับขนาดอนุภาคนาโน (ทั่วไป: 10–50 นาโนเมตร)
3. อัตราส่วนธาตุ: การสเปกโตรสโคปีรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน (EDS) หรือการสเปกโตรเมตรีพลาสมาแบบจับคู่เหนี่ยวนำ (ICP-MS) เพื่อยืนยัน Zn ≈1:1
-
V. การพิจารณาความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อม
1. การบำบัดก๊าซเสีย: ดูดซับ H₂Te ด้วยสารละลายด่าง (เช่น NaOH)
2. การกู้คืนตัวทำละลาย: รีไซเคิลตัวทำละลายอินทรีย์ (เช่น EDA) ผ่านการกลั่น
3. มาตรการป้องกัน: สวมหน้ากากป้องกันแก๊ส (เพื่อป้องกัน H₂Te) และถุงมือป้องกันการกัดกร่อน
-
VI. แนวโน้มทางเทคโนโลยี
• การสังเคราะห์สีเขียว: พัฒนาระบบเฟสน้ำเพื่อลดการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์
• การปรับเปลี่ยนการเจือปนสาร: เพิ่มสภาพนำไฟฟ้าโดยการเจือปนด้วย Cu, Ag ฯลฯ
• การผลิตในระดับขนาดใหญ่: นำเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลต่อเนื่องมาใช้เพื่อให้ได้การผลิตแบบเป็นกิโลกรัม
เวลาโพสต์ : 21 มี.ค. 2568