Цинк телурид (ZnTe), важан II-VI полупроводнички материјал, широко се користи у инфрацрвеној детекцији, соларним ћелијама и оптоелектронским уређајима. Недавни напредак у нанотехнологији и зеленој хемији оптимизовао је његову производњу. У наставку су наведени тренутни главни процеси производње ZnTe и кључни параметри, укључујући традиционалне методе и модерна побољшања:
_____________________________________
I. Традиционални производни процес (директна синтеза)
1. Припрема сировина
• Цинк (Zn) и телур (Te) високе чистоће: Чистоћа ≥99,999% (5N квалитет), помешани у моларном односу 1:1.
• Заштитни гас: аргон (Ar) или азот (N₂) високе чистоће ради спречавања оксидације.
2. Ток процеса
• Корак 1: Синтеза у вакуумском топљењу
o Помешати Zn и Te прах у кварцној цеви и евакуисати до ≤10⁻³ Па.
o Програм загревања: Загревати брзином од 5–10°C/мин до 500–700°C, држати 4–6 сати.
o Једначина реакције: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Корак 2: Жарење
o Жарити сирови производ на 400–500°C током 2–3 сата да би се смањили дефекти решетке.
• Корак 3: Дробљење и просејавање
o Користите куглични млин за млевење расутог материјала до циљане величине честица (високоенергетско куглично млевење за наноскалу).
3. Кључни параметри
• Тачност контроле температуре: ±5°C
• Брзина хлађења: 2–5°C/мин (да би се избегле пукотине услед термичког напрезања)
• Величина честица сировине: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
_____________________________________
II. Модерни побољшани процес (солвотермална метода)
Солвотермална метода је главна техника за производњу наноразмерног ZnTe, нудећи предности као што су контролисана величина честица и ниска потрошња енергије.
1. Сировине и растварачи
• Прекурсори: цинк нитрат (Zn(NO₃)₂) и натријум телурит (Na₂TeO₃) или телуријум у праху (Te).
• Редукциона средства: хидразин хидрат (N₂H₄·H₂O) или натријум борохидрид (NaBH₄).
• Растварачи: етилендиамин (EDA) или дејонизована вода (DI вода).
2. Ток процеса
• Корак 1: Растварање прекурсора
o Растворити Zn(NO₃)₂ и Na₂TeO₃ у моларном односу 1:1 у растварачу уз мешање.
• Корак 2: Реакција редукције
Додати редукционо средство (нпр. N₂H₄·H₂O) и затворити у аутоклаву под високим притиском.
o Услови реакције:
Температура: 180–220°C
Време: 12–24 сата
Притисак: Самогенерисан (3–5 MPa)
o Једначина реакције: Zn2++TeO32− + Редукционо средство → ZnTe + Нуспроизводи (нпр. H₂O, N₂) Zn2++TeO32− + Редукционо средство → ZnTe + Нуспроизводи (нпр. H₂O, N₂)
• Корак 3: Накнадни третман
o Центрифугирајте да бисте изоловали производ, исперите 3–5 пута етанолом и дестилованом водом.
o Сушити под вакуумом (60–80°C током 4–6 сати).
3. Кључни параметри
• Концентрација прекурсора: 0,1–0,5 mol/L
• Контрола pH вредности: 9–11 (алкални услови погодују реакцији)
• Контрола величине честица: Подешавање преко врсте растварача (нпр. EDA даје наножице; водена фаза даје наночестице).
_____________________________________
III. Остали напредни процеси
1. Хемијско таложење из парне фазе (CVD)
• Примена: Припрема танких филмова (нпр. соларне ћелије).
• Прекурсори: Диетилцинк (Zn(C₂H₅)₂) и диетилтелур (Te(C₂H₅)₂).
• Параметри:
o Температура таложења: 350–450°C
o Гас носач: смеша H₂/Ar (проток: 50–100 sccm)
Притисак: 10⁻²–10⁻³ Тор
2. Механичко легирање (глодање куглица)
• Карактеристике: Синтеза без растварача, на ниској температури.
• Параметри:
o Однос куглице и праха: 10:1
o Време млевења: 20–40 сати
o Брзина ротације: 300–500 о/мин
_____________________________________
IV. Контрола квалитета и карактеризација
1. Анализа чистоће: рендгенска дифракција (XRD) за кристалну структуру (главни врх на 2θ ≈25,3°).
2. Контрола морфологије: Трансмисиона електронска микроскопија (ТЕМ) за величину наночестица (типично: 10–50 nm).
3. Елементарни однос: Енергетски дисперзивна рендгенска спектроскопија (EDS) или индуктивно спрегнута плазма масена спектрометрија (ICP-MS) за потврду Zn ≈1:1.
_____________________________________
V. Безбедносна и еколошка разматрања
1. Третман отпадних гасова: Апсорбовати H₂Te алкалним растворима (нпр. NaOH).
2. Рекуперација растварача: Рециклирање органских растварача (нпр. EDA) путем дестилације.
3. Заштитне мере: Користите гас маске (за заштиту од H₂Te) и рукавице отпорне на корозију.
_____________________________________
VI. Технолошки трендови
• Зелена синтеза: Развити системе водене фазе ради смањења употребе органских растварача.
• Модификација допирањем: Побољшање проводљивости допирањем са Cu, Ag итд.
• Производња великих размера: Усвојите реакторе са континуираним протоком да бисте постигли серије у килограмима.
Време објаве: 21. март 2025.