Cinko telūridas (ZnTe), svarbi II-VI puslaidininkinė medžiaga, plačiai naudojama infraraudonųjų spindulių aptikime, saulės elementuose ir optoelektroniniuose įrenginiuose. Naujausi nanotechnologijų ir žaliosios chemijos pasiekimai optimizavo jos gamybą. Žemiau pateikiami dabartiniai pagrindiniai ZnTe gamybos procesai ir pagrindiniai parametrai, įskaitant tradicinius metodus ir šiuolaikinius patobulinimus:
_ ...
I. Tradicinis gamybos procesas (tiesioginė sintezė)
1. Žaliavos paruošimas
• Didelio grynumo cinkas (Zn) ir telūras (Te): Grynumas ≥99,999 % (5N klasės), sumaišyti moliniu santykiu 1:1.
• Apsauginės dujos: didelio grynumo argonas (Ar) arba azotas (N₂), siekiant išvengti oksidacijos.
2. Proceso srautas
• 1 veiksmas: vakuuminio lydymo sintezė
Sumaišykite Zn ir Te miltelius kvarciniame mėgintuvėlyje ir išsiurbkite iki ≤10⁻³ Pa.
o Šildymo programa: šildykite 5–10 °C/min greičiu iki 500–700 °C, palaikykite 4–6 valandas.
o Reakcijos lygtis: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• 2 veiksmas: atkaitinimas
o Neapdorotą produktą 2–3 valandas kaitinkite 400–500 °C temperatūroje, kad sumažėtų gardelės defektai.
• 3 veiksmas: smulkinimas ir sijojimas
o Biria medžiaga sumalama rutuliniu malūnu iki norimo dalelių dydžio (nanoskalės atveju naudojamas didelės energijos rutulinis malimas).
3. Pagrindiniai parametrai
• Temperatūros reguliavimo tikslumas: ±5 °C
• Aušinimo greitis: 2–5 °C/min. (siekiant išvengti terminio įtempio įtrūkimų)
• Žaliavos dalelių dydis: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
_ ...
II. Šiuolaikinis patobulintas procesas (solvoterminis metodas)
Solvoterminis metodas yra pagrindinė nanoskalės ZnTe gamybos technika, siūlanti tokius privalumus kaip kontroliuojamas dalelių dydis ir mažas energijos suvartojimas.
1. Žaliavos ir tirpikliai
• Pirmtakai: cinko nitratas (Zn(NO₃)₂) ir natrio telūras (Na₂TeO₃) arba telūro milteliai (Te).
• Reduktoriai: hidrazino hidratas (N₂H₄·H₂O) arba natrio borohidridas (NaBH₄).
• Tirpikliai: etilendiaminas (EDA) arba dejonizuotas vanduo (DI vanduo).
2. Proceso srautas
• 1 veiksmas: pirmtako ištirpinimas
o Ištirpinkite Zn(NO₃)₂ ir Na₂TeO₃ tirpiklyje santykiu 1:1, nuolat maišydami.
• 2 veiksmas: Redukcijos reakcija
Įpilkite reduktorių (pvz., N₂H₄·H₂O) ir užsandarinkite aukšto slėgio autoklave.
o Reakcijos sąlygos:
Temperatūra: 180–220 °C
Laikas: 12–24 valandos
Slėgis: savaime susidarantis (3–5 MPa)
o Reakcijos lygtis: Zn2++TeO32−+Reduktorius→ZnTe+Šalutiniai produktai (pvz., H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Reduktorius→ZnTe+Šalutiniai produktai (pvz., H₂O, N₂)
• 3 veiksmas: tolesnis apdorojimas
o Centrifuguokite produktui izoliuoti, 3–5 kartus plaukite etanoliu ir dejonizuotu vandeniu.
o Džiovinkite vakuume (60–80 °C temperatūroje 4–6 valandas).
3. Pagrindiniai parametrai
• Pirmtako koncentracija: 0,1–0,5 mol/l
• pH kontrolė: 9–11 (šarminės sąlygos palankios reakcijai)
• Dalelių dydžio kontrolė: reguliuojama pagal tirpiklio tipą (pvz., EDA sukuria nanolydinius laidus; vandeninė fazė – nanodaleles).
_ ...
III. Kiti pažangūs procesai
1. Cheminis garų nusodinimas (CVD)
• Taikymas: Plonasluoksnių medžiagų paruošimas (pvz., saulės elementai).
• Pirmtakai: dietilcinkas (Zn(C₂H₅)₂) ir dietiltelūras (Te(C₂H₅)₂).
• Parametrai:
o Nusodinimo temperatūra: 350–450 °C
o Nešiklio dujos: H₂/Ar mišinys (srauto greitis: 50–100 sccm)
o Slėgis: 10⁻²–10⁻³ torų
2. Mechaninis legiravimas (rutulinis frezavimas)
• Savybės: Sintezė be tirpiklių, žemoje temperatūroje.
• Parametrai:
o Rutulio ir miltelių santykis: 10:1
o Frezavimo laikas: 20–40 valandų
o Sukimosi greitis: 300–500 aps./min.
_ ...
IV. Kokybės kontrolė ir apibūdinimas
1. Grynumo analizė: rentgeno spindulių difrakcija (XRD) kristalinei struktūrai nustatyti (pagrindinis pikas ties 2θ ≈25,3°).
2. Morfologijos kontrolė: nanodalelių dydžio nustatymas transmisijine elektronine mikroskopija (TEM) (tipinis: 10–50 nm).
3. Elementų santykis: Energijos dispersijos rentgeno spektroskopija (EDS) arba induktyviai sujungta plazmos masių spektrometrija (ICP-MS), siekiant patvirtinti Zn ≈1:1.
_ ...
V. Saugos ir aplinkosaugos aspektai
1. Išmetamųjų dujų valymas: absorbuokite H₂Te šarminiais tirpalais (pvz., NaOH).
2. Tirpiklių regeneravimas: organinius tirpiklius (pvz., EDA) perdirbkite distiliuodami.
3. Apsaugos priemonės: Naudokite dujokaukes (apsaugai nuo H₂Te) ir korozijai atsparias pirštines.
_ ...
VI. Technologinės tendencijos
• Žalioji sintezė: sukurti vandeninės fazės sistemas, siekiant sumažinti organinių tirpiklių naudojimą.
• Legiravimo modifikavimas: padidinkite laidumą legiruodami Cu, Ag ir kt.
• Didelio masto gamyba: naudoti nepertraukiamo srauto reaktorius, kad būtų galima pagaminti kilogramų masto partijas.
Įrašo laikas: 2025 m. kovo 21 d.