Telewidek cynku (ZNTE), ważny materiał półprzewodnikowy II-VI, jest szeroko stosowany w wykrywaniu podczerwieni, ogniwach słonecznych i urządzeniach optoelektronicznych. Ostatnie postępy w nanotechnologii i zielonej chemii zoptymalizowały jej produkcję. Poniżej znajdują się obecne główne procesy produkcyjne ZNTE i kluczowe parametry, w tym tradycyjne metody i nowoczesne ulepszenia:
________________________________________
I. Tradycyjny proces produkcji (bezpośrednia synteza)
1. Przygotowanie surowców
• Cynk o wysokiej czystości (Zn) i Tellurium (TE): czystość ≥99,999% (stopień 5N), zmieszany w stosunku molowym 1: 1.
• Gaz ochronny: argon o dużej czystości (AR) lub azot (N₂) w celu zapobiegania utlenianiu.
2. Przepływ procesu
• Krok 1: Synteza topnienia próżniowego
o Wymieszaj proszki Zn i TE w rurce kwarcowej i ewakuuj do ≤10⁻³ PA.
o Program ogrzewania: ciepło przy 5–10 ° C/min do 500–700 ° C, trzymaj przez 4–6 godzin.
o Równanie reakcji: Zn+TE → ΔZnTezn+TeδZnte
• Krok 2: Ograniczenie
o Wykorzystanie surowego produktu w temperaturze 400–500 ° C przez 2–3 godziny w celu zmniejszenia wad kratowych.
• Krok 3: Kruszenie i przesiewanie
o Użyj młyna kulkowego, aby zmielić materiał objętościowy do docelowego wielkości cząstek (wysokoenergetyczne frezowanie kulki dla nanoskali).
3. Kluczowe parametry
• Dokładność kontroli temperatury: ± 5 ° C
• Szybkość chłodzenia: 2–5 ° C/min (aby uniknąć pęknięć naprężeń termicznych)
• Rozmiar cząstek surowca: Zn (100–200 siatki), TE (200–300 siatki)
________________________________________
Ii. Nowoczesny ulepszony proces (metoda Solvotermal)
Metoda solvotermiczna jest głównym nurtem techniki wytwarzania nanoskali ZnTE, oferująca zalety, takie jak kontrolowany wielkość cząstek i niskie zużycie energii.
1. Surowce i rozpuszczalniki
• Prekursory: azotan cynku (Zn (No₃) ₂) i sód tellurite (Na₂teo₃) lub proszek Tellurium (TE).
• Środki redukujące: hydrat hydrazyny (N₂H₄ · H₂O) lub borohydrohotek sodu (Nabh₄).
• Rozpuszczalniki: etylenodiamina (EDA) lub woda dejonizowana (DI Water).
2. Przepływ procesu
• Krok 1: Rozpuszczanie prekursora
o Rozpuścić Zn (No₃) ₂ i Na₂teo₃ w stosunku molowym 1: 1 w rozpuszczalniku pod mieszaniem.
• Krok 2: Reakcja redukcji
o Dodaj środek redukujący (np. N₂H₄ · H₂O) i uszczelnij w autoklawie pod wysokim ciśnieniem.
o Warunki reakcji:
Temperatura: 180–220 ° C.
Czas: 12–24 godziny
Presja: wygenerowana (3–5 MPa)
o Równanie reakcji: Zn2 ++ TEO32−+Reducing Agent → Znte+Products z uborem (np. H₂o, N₂) Zn2 ++ Teo32−+czynnik redukujący → Znte+produkty uboczne (np. H₂o, N₂)
• Krok 3: Po leczeniu
o Centrifuge w celu odizolowania produktu, myj 3–5 razy etanolem i wodą.
o Such pod próżnią (60–80 ° C przez 4–6 godzin).
3. Kluczowe parametry
• Stężenie prekursora: 0,1–0,5 mol/l
• Kontrola pH: 9–11 (warunki alkaliczne faworyzują reakcję)
• Kontrola wielkości cząstek: dostosuj za pomocą typu rozpuszczalnika (np. EDA daje nanodruty; faza wodna daje nanocząstki).
________________________________________
Iii. Inne zaawansowane procesy
1. Chemiczne osadzanie pary (CVD)
• Zastosowanie: Przygotowanie cienkowarstwowe (np. Ogniwa słoneczne).
• Prekursory: dietylozinc (Zn (C₂h₅) ₂) i dietylotellurium (TE (C₂H₅) ₂).
• Parametry:
o Temperatura osadzania: 350–450 ° C
o Gaz nośna: mieszanka H₂/AR (szybkość przepływu: 50–100 SCCM)
o Ciśnienie: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. stop z stopu (frezowanie kuli)
• Funkcje: bez rozpuszczalników, synteza o niskiej temperaturze.
• Parametry:
o Stosunek kulki do napastnika: 10: 1
o Czas mielenia: 20–40 godzin
o Prędkość obrotowa: 300–500 obr / min
________________________________________
Iv. Kontrola jakości i charakterystyka
1. Analiza czystości: dyfrakcja rentgenowska (XRD) dla struktury krystalicznej (główny pik przy 2θ ≈25,3 °).
2. Kontrola morfologii: transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) dla wielkości nanocząstek (typowe: 10–50 nm).
3. Współczynnik elementarna: spektroskopia rentgenowska rozproszona energetycznie (EDS) lub spektrometria mas w osoczu sprzężona indukcyjnie (ICP-MS) w celu potwierdzenia Zn ≈1: 1.
________________________________________
V. Rozważania dotyczące bezpieczeństwa i środowiska
1. Oczyszczanie gazu odpadowego: Absorbowanie roztworów alkalicznych (np. NaOH).
2. Odzyskiwanie rozpuszczalników: recykling rozpuszczalników organicznych (np. EDA) poprzez destylację.
3. Środki ochronne: Użyj masek gazowych (do ochrony H₂TE) i rękawiczek odpornych na korozję.
________________________________________
Vi. Trendy technologiczne
• Zielona synteza: Opracuj systemy fazy wodnej, aby zmniejszyć zużycie rozpuszczalnika organicznego.
• Modyfikacja domieszkowania: Zwiększ przewodność poprzez domieszkowanie za pomocą Cu, Ag itp.
• Produkcja na dużą skalę: przyjmuj reaktory ciągłego przepływu, aby osiągnąć partie w skali KG.
Czas po: 21-2025