Telurura de zinc (ZnTe), un important material semiconductor II-VI, este utilizată pe scară largă în detecția în infraroșu, celule solare și dispozitive optoelectronice. Progresele recente în nanotehnologie și chimie verde au optimizat producția sa. Mai jos sunt prezentate procesele principale actuale de producție a ZnTe și parametrii cheie, inclusiv metodele tradiționale și îmbunătățirile moderne:
_________________________________________
I. Procesul tradițional de producție (sinteză directă)
1. Pregătirea materiei prime
• Zinc (Zn) și telur (Te) de înaltă puritate: Puritate ≥99,999% (grad 5N), amestecate 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 prin topire în vid
o Amestecați pulberile de Zn și Te într-un tub de cuarț și evacuați până la ≤10⁻³ Pa.
Program de încălzire: Încălziți la 5–10°C/min până la 500–700°C, mențineți timp de 4–6 ore.
o Ecuația de reacție: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Pasul 2: Recoacere
o Se recoacă produsul brut la 400–500°C timp de 2–3 ore pentru a reduce defectele de rețea.
• Pasul 3: Zdrobire și cernere
o Se utilizează o moară cu bile pentru a măcina materialul vrac la dimensiunea țintă a particulelor (măcinare cu bile de înaltă energie pentru nanoscală).
3. Parametri cheie
• Precizie a controlului temperaturii: ±5°C
• Viteză de răcire: 2–5°C/min (pentru a evita fisurile cauzate de stres termic)
• Dimensiunea particulelor materiei prime: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
_________________________________________
II. Proces modern îmbunătățit (metoda solvotermală)
Metoda solvotermală este tehnica principală pentru producerea de ZnTe la scară nanometrică, oferind avantaje precum dimensiunea controlabilă a particulelor și consumul redus de energie.
1. Materii prime și solvenți
• Precursori: nitrat de zinc (Zn(NO₃)₂) și telurit de sodiu (Na₂TeO₃) sau pulbere de telur (Te).
• Agenți reducători: Hidrachidrat de hidrazină (N₂H₄·H₂O) sau borohidrură de sodiu (NaBH₄).
• Solvenți: Etilendiamină (EDA) sau apă deionizată (apă DI).
2. Fluxul procesului
• Pasul 1: Dizolvarea precursorului
Se dizolvă Zn(NO₃)₂ și Na₂TeO₃ într-un raport molar de 1:1 în solvent, sub agitare.
• Pasul 2: Reacție de reducere
o Adăugați agentul reducător (de exemplu, N₂H₄·H₂O) și sigilați într-o autoclavă de înaltă presiune.
Condiții de reacție:
Temperatură: 180–220°C
Timp: 12–24 ore
Presiune: Autogenerată (3–5 MPa)
o Ecuația de reacție: Zn2++TeO32−+Agent reducător→ZnTe+Produse secundare (de exemplu, H₂O, N₂) Zn2++TeO32−+Agent reducător→ZnTe+Produse secundare (de exemplu, H₂O, N₂)
• Pasul 3: Post-tratament
o Centrifugați pentru a izola produsul, spălați de 3-5 ori cu etanol și apă deionizată.
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. Depunere chimică din faza de vapori (CVD)
• Aplicație: Prepararea peliculelor subțiri (de exemplu, celule solare).
• Precursori: Dietilzinc (Zn(C₂H₅)₂) și dietiltelur (Te(C₂H₅)₂).
• Parametri:
Temperatura de depunere: 350–450°C
o Gaz purtător: amestec H₂/Ar (debit: 50–100 sccm)
Presiune: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Aliere mecanică (frezare cu bile)
• Caracteristici: Fără solvenți, sinteză la temperatură joasă.
• Parametri:
Raport bilă-pulbere: 10:1
Timp de măcinare: 20–40 ore
Viteză 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: Microscopie electronică de 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 confirmarea Zn ≈1:1.
_________________________________________
V. Considerații privind siguranța și mediul
1. Tratarea gazelor reziduale: Absorbiți H₂Te cu soluții alcaline (de exemplu, NaOH).
2. Recuperarea solvenților: Reciclarea solvenților organici (de exemplu, EDA) prin distilare.
3. Măsuri de protecție: Folosiți măști de gaze (pentru protecția împotriva H₂Te) și mănuși rezistente la coroziune.
_________________________________________
VI. Tendințe tehnologice
• Sinteză verde: Dezvoltarea de sisteme în fază apoasă pentru a reduce utilizarea solvenților organici.
• Modificarea dopării: Îmbunătățirea conductivității prin dopare cu Cu, Ag etc.
• Producție la scară largă: Adoptarea reactoarelor cu flux continuu pentru a obține loturi de ordinul kilogramelor.
Data publicării: 21 martie 2025