Тэлурыд цынку (ZnTe), важны паўправадніковы матэрыял II-VI групы, шырока выкарыстоўваецца ў інфрачырвоным выяўленні, сонечных элементах і оптаэлектронных прыладах. Нядаўнія дасягненні ў нанатэхналогіях і зялёнай хіміі аптымізавалі яго вытворчасць. Ніжэй прыведзены сучасныя асноўныя працэсы вытворчасці ZnTe і ключавыя параметры, у тым ліку традыцыйныя метады і сучасныя ўдасканаленні:
_____________________________________
I. Традыцыйны вытворчы працэс (прамы сінтэз)
1. Падрыхтоўка сыравіны
• Высокачысты цынк (Zn) і тэлур (Te): чысціня ≥99,999% (марка 5N), змяшаныя ў мольнай суадносінах 1:1.
• Ахоўны газ: аргон (Ar) або азот (N₂) высокай чысціні для прадухілення акіслення.
2. Паток працэсу
• Этап 1: Сінтэз у вакуумным плаўленні
Змяшайце парашкі Zn і Te ў кварцавай трубцы і адпакуйце да ≤10⁻³ Па.
Праграма нагрэву: награваць з хуткасцю 5–10°C/мін да 500–700°C, вытрымліваць 4–6 гадзін.
o Ураўненне рэакцыі: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Этап 2: Адпал
o Адпаліце неапрацаваны прадукт пры тэмпературы 400–500°C на працягу 2–3 гадзін, каб паменшыць дэфекты рашоткі.
• Крок 3: Драбненне і прасейванне
o Выкарыстоўвайце шаровы млын для здрабнення сыпкага матэрыялу да мэтавага памеру часціц (высокаэнергетычны шаровы млын для нанамаштабу).
3. Асноўныя параметры
• Дакладнасць кантролю тэмпературы: ±5°C
• Хуткасць астуджэння: 2–5°C/мін (каб пазбегнуць расколін ад цеплавога напружання)
• Памер часціц сыравіны: Zn (100–200 меш), Te (200–300 меш)
_____________________________________
II. Сучасны ўдасканалены працэс (сольватэрмічны метад)
Сольватэрмічны метад з'яўляецца асноўным метадам атрымання нанамаштабнага ZnTe, які прапануе такія перавагі, як кантраляваны памер часціц і нізкае спажыванне энергіі.
1. Сыравіна і растваральнікі
• Папярэднікі: нітрат цынку (Zn(NO₃)₂) і тэлурыт натрыю (Na₂TeO₃) або парашок тэлуру (Te).
• Аднаўляльнікі: гідразінгідрат (N₂H₄·H₂O) або боргідрыд натрыю (NaBH₄).
• Растваральнікі: этылендыямін (EDA) або дэіянізаваная вада (DI вада).
2. Паток працэсу
• Этап 1: Растварэнне папярэдніка
o Растварыце Zn(NO₃)₂ і Na₂TeO₃ у мольным суадносінах 1:1 у растваральніку пры памешванні.
• Этап 2: Рэакцыя аднаўлення
Дадайце аднаўляльнік (напрыклад, N₂H₄·H₂O) і герметычна змясціце ў аўтаклаве пад высокім ціскам.
Умовы рэакцыі:
Тэмпература: 180–220°C
Час: 12–24 гадзіны
Ціск: самагенеруемы (3–5 МПа)
o Ураўненне рэакцыі: Zn2++TeO32− + Аднаўляльнік → ZnTe + Пабочныя прадукты (напрыклад, H₂O, N₂) Zn2++TeO32− + Аднаўляльнік → ZnTe + Пабочныя прадукты (напрыклад, H₂O, N₂)
• Этап 3: Пасляапрацоўка
o Адцэнтрыфугуйце для вылучэння прадукту, прамыйце 3–5 разоў этанолам і дэіянізаванай вадой.
o Высушыце пад вакуумам (60–80°C на працягу 4–6 гадзін).
3. Асноўныя параметры
• Канцэнтрацыя папярэдніка: 0,1–0,5 моль/л
• Кантроль pH: 9–11 (шчолачныя ўмовы спрыяюць рэакцыі)
• Кантроль памеру часціц: рэгуляванне з дапамогай тыпу растваральніка (напрыклад, EDA дае нанаправады; водная фаза дае наначасціцы).
_____________________________________
III. Іншыя складаныя працэсы
1. Хімічнае асаджэнне з паравой фазы (CVD)
• Ужыванне: падрыхтоўка тонкіх плёнак (напрыклад, сонечныя элементы).
• Папярэднікі: дыэтылцынк (Zn(C₂H₅)₂) і дыэтылтэлур (Te(C₂H₅)₂).
• Параметры:
Тэмпература нанясення: 350–450°C
Газ-носьбіт: сумесь H₂/Ar (хуткасць патоку: 50–100 куб.см)
Ціск: 10⁻²–10⁻³ Тор
2. Механічнае легіраванне (шаравое фрэзераванне)
• Асаблівасці: Сінтэз пры нізкай тэмпературы, без растваральнікаў.
• Параметры:
Суадносіны шарыкаў і пораху: 10:1
Час фрэзеравання: 20–40 гадзін
Хуткасць кручэння: 300–500 аб/мін
_____________________________________
IV. Кантроль якасці і характарыстыка
1. Аналіз чысціні: рэнтгенаструктурны аналіз (XRD) для вызначэння крышталічнай структуры (асноўны пік пры 2θ ≈25,3°).
2. Кантроль марфалогіі: прасвечвальная электронная мікраскапія (ПЭМ) для вызначэння памеру наначасціц (тыповы памер: 10–50 нм).
3. Элементарнае суадносіны: энергетычна-дысперсійная рэнтгенаўская спектраскапія (EDS) або мас-спектрометрыя з індуктыўна звязанай плазмай (ICP-MS) для пацверджання Zn ≈1:1.
_____________________________________
V. Меркаванні бяспекі і аховы навакольнага асяроддзя
1. Апрацоўка адпрацаваных газаў: паглынанне H₂Te шчолачнымі растворамі (напрыклад, NaOH).
2. Аднаўленне растваральніка: перапрацоўка арганічных растваральнікаў (напрыклад, EDA) шляхам дыстыляцыі.
3. Меры абароны: выкарыстоўвайце газавыя маскі (для абароны ад H₂Te) і пальчаткі, устойлівыя да карозіі.
_____________________________________
VI. Тэхналагічныя тэндэнцыі
• Зялёны сінтэз: распрацоўка водна-фазных сістэм для скарачэння выкарыстання арганічных растваральнікаў.
• Мадыфікацыя легіраваннем: паляпшэнне праводнасці шляхам легіравання меддзю, срэбрам і г.д.
• Маштабная вытворчасць: выкарыстоўвайце рэактары бесперапыннага патоку для атрымання кілаграмавых партый.
Час публікацыі: 21 сакавіка 2025 г.