Cink telurid (ZnTe), važan II-VI poluprovodnički materijal, široko se koristi u infracrvenoj detekciji, solarnim ćelijama i optoelektronskim uređajima. Nedavni napredak u nanotehnologiji i zelenoj hemiji optimizirao je njegovu proizvodnju. U nastavku su navedeni trenutni glavni procesi proizvodnje ZnTe-a i ključni parametri, uključujući tradicionalne metode i moderna poboljšanja:
_____________________________________
I. Tradicionalni proizvodni proces (direktna sinteza)
1. Priprema sirovina
• Visokočisti cink (Zn) i telur (Te): Čistoća ≥99,999% (5N kvaliteta), pomiješani u molarnom omjeru 1:1.
• Zaštitni plin: Argon (Ar) ili dušik (N₂) visoke čistoće za sprječavanje oksidacije.
2. Tok procesa
• Korak 1: Sinteza u vakuumskom topljenju
o Pomiješajte Zn i Te prah u kvarcnoj cijevi i evakuirajte do ≤10⁻³ Pa.
o Program zagrijavanja: Zagrijavati brzinom od 5–10°C/min do 500–700°C, držati 4–6 sati.
o Jednačina reakcije: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Korak 2: Žarenje
o Žarite sirovi proizvod na 400–500°C tokom 2–3 sata kako biste smanjili defekte rešetke.
• Korak 3: Drobljenje i prosijavanje
o Koristite kuglični mlin za mljevenje rasutog materijala do ciljane veličine čestica (mljevenje kugli visoke energije za nanoskalu).
3. Ključni parametri
• Tačnost kontrole temperature: ±5°C
• Brzina hlađenja: 2–5°C/min (kako bi se izbjegle pukotine uzrokovane termičkim naprezanjem)
• Veličina čestica sirovine: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
_____________________________________
II. Moderni poboljšani proces (solvotermalna metoda)
Solvotermalna metoda je glavna tehnika za proizvodnju nanoskalnog ZnTe, nudeći prednosti kao što su kontrolirana veličina čestica i niska potrošnja energije.
1. Sirovine i rastvarači
• Prekursori: Cinkov nitrat (Zn(NO₃)₂) i natrijum telurit (Na₂TeO₃) ili telur u prahu (Te).
• Redukcijska sredstva: Hidrazin hidrat (N₂H₄·H₂O) ili natrijum borohidrid (NaBH₄).
• Rastvarači: Etilendiamin (EDA) ili deionizirana voda (DI voda).
2. Tok procesa
• Korak 1: Rastvaranje prekursora
Otopite Zn(NO₃)₂ i Na₂TeO₃ u molarnom omjeru 1:1 u rastvaraču uz miješanje.
• Korak 2: Reakcija redukcije
o Dodajte redukcijsko sredstvo (npr. N₂H₄·H₂O) i zatvorite u autoklavu pod visokim pritiskom.
o Reakcijski uslovi:
Temperatura: 180–220°C
Vrijeme: 12–24 sata
Pritisak: Samogenerirajući (3–5 MPa)
o Jednačina reakcije: Zn2++TeO32− + Redukcijsko sredstvo → ZnTe + Nusproizvodi (npr. H₂O, N₂) Zn2++TeO32− + Redukcijsko sredstvo → ZnTe + Nusproizvodi (npr. H₂O, N₂)
• Korak 3: Naknadni tretman
o Centrifugirajte da biste izolovali proizvod, isperite 3-5 puta etanolom i demineralizovanom vodom.
o Osušite pod vakuumom (60–80°C tokom 4–6 sati).
3. Ključni parametri
• Koncentracija prekursora: 0,1–0,5 mol/L
• Kontrola pH vrijednosti: 9–11 (alkalni uslovi pogoduju reakciji)
• Kontrola veličine čestica: Podešavanje putem vrste rastvarača (npr. EDA daje nanostrukture; vodena faza daje nanočestice).
_____________________________________
III. Ostali napredni procesi
1. Hemijsko taloženje iz parne faze (CVD)
• Primjena: Priprema tankog filma (npr. solarne ćelije).
• Prekursori: Dietilcink (Zn(C₂H₅)₂) i dietiltelur (Te(C₂H₅)₂).
• Parametri:
o Temperatura taloženja: 350–450°C
o Noseći plin: smjesa H₂/Ar (protok: 50–100 sccm)
Pritisak: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Mehaničko legiranje (kuglično glodanje)
• Karakteristike: Sinteza bez rastvarača, na niskim temperaturama.
• Parametri:
o Odnos kuglice i praha: 10:1
o Vrijeme mljevenja: 20–40 sati
Brzina rotacije: 300–500 o/min
_____________________________________
IV. Kontrola kvalitete i karakterizacija
1. Analiza čistoće: rendgenska difrakcija (XRD) za kristalnu strukturu (glavni vrh na 2θ ≈25,3°).
2. Kontrola morfologije: Transmisijska elektronska mikroskopija (TEM) za veličinu nanočestica (tipično: 10–50 nm).
3. Elementarni odnos: Energetsko-disperzivna rendgenska spektroskopija (EDS) ili masena spektrometrija s induktivno spregnutom plazmom (ICP-MS) za potvrdu Zn ≈1:1.
_____________________________________
V. Sigurnosna i ekološka razmatranja
1. Tretman otpadnih gasova: Apsorbovati H₂Te alkalnim rastvorima (npr. NaOH).
2. Oporavak rastvarača: Recikliranje organskih rastvarača (npr. EDA) putem destilacije.
3. Zaštitne mjere: Koristite plinske maske (za zaštitu od H₂Te) i rukavice otporne na koroziju.
_____________________________________
VI. Tehnološki trendovi
• Zelena sinteza: Razvoj sistema u vodenoj fazi radi smanjenja upotrebe organskih rastvarača.
• Modifikacija dopiranjem: Poboljšanje provodljivosti dopiranjem sa Cu, Ag, itd.
• Proizvodnja velikih razmjera: Usvojite reaktore kontinuiranog protoka za postizanje serija u kg.
Vrijeme objave: 21. mart 2025.