تلورید روی (ZnTe)، یک ماده نیمه‌هادی مهم از نوع II-VI، به طور گسترده در تشخیص مادون قرمز، سلول‌های خورشیدی و دستگاه‌های اپتوالکترونیکی استفاده می‌شود. پیشرفت‌های اخیر در فناوری نانو و شیمی سبز، تولید آن را بهینه کرده است. در زیر فرآیندهای اصلی تولید ZnTe و پارامترهای کلیدی، از جمله روش‌های سنتی و پیشرفت‌های مدرن، آورده شده است:
________________________________________
I. فرآیند تولید سنتی (سنتز مستقیم)
۱. آماده‌سازی مواد اولیه
• روی (Zn) و تلوریم (Te) با خلوص بالا: خلوص ≥99.999% (گرید 5N)، مخلوط با نسبت مولی 1:1.
• گاز محافظ: آرگون (Ar) یا نیتروژن (N₂) با خلوص بالا برای جلوگیری از اکسیداسیون.
۲. جریان فرآیند
• مرحله 1: سنتز ذوب در خلاء
پودرهای روی و تلورید را در یک لوله کوارتزی مخلوط کرده و تا فشار ≤10⁻³ پاسکال تخلیه کنید.
برنامه گرمایش: با سرعت ۵ تا ۱۰ درجه سانتیگراد در دقیقه تا دمای ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد گرم کنید و به مدت ۴ تا ۶ ساعت در این دما بمانید.
معادله واکنش: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• مرحله 2: آنیل کردن
برای کاهش عیوب شبکه، محصول خام را به مدت ۲ تا ۳ ساعت در دمای ۴۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد آنیل کنید.
• مرحله ۳: خرد کردن و الک کردن
o از آسیاب گلوله‌ای برای خرد کردن مواد فله‌ای تا رسیدن به اندازه ذرات هدف استفاده کنید (آسیاب گلوله‌ای پرانرژی برای مقیاس نانو).
۳. پارامترهای کلیدی
• دقت کنترل دما: ±5 درجه سانتیگراد
• سرعت خنک‌سازی: ۲ تا ۵ درجه سانتیگراد در دقیقه (برای جلوگیری از ترک‌های ناشی از تنش حرارتی)
• اندازه ذرات مواد اولیه: روی (100-200 مش)، تترا سدیم (200-300 مش)
________________________________________
II. فرآیند بهبود یافته مدرن (روش سولووترمال)
روش سولووترمال، تکنیک اصلی برای تولید ZnTe در مقیاس نانو است که مزایایی مانند اندازه ذرات قابل کنترل و مصرف انرژی پایین را ارائه می‌دهد.
۱. مواد اولیه و حلال‌ها
• پیش‌سازها: نیترات روی (Zn(NO₃)₂) و تلوریت سدیم (Na₂TeO₃) یا پودر تلوریم (Te).
• عوامل کاهنده: هیدرازین هیدرات (N₂H₄·H₂O) یا سدیم بوروهیدرید (NaBH₄).
• حلال‌ها: اتیلن دی‌آمین (EDA) یا آب دیونیزه (آب DI).
۲. جریان فرآیند
• مرحله 1: انحلال پیش‌ساز
Zn(NO₃)₂ و Na₂TeO₃ را با نسبت مولی ۱:۱ در حلال و در حال هم زدن حل کنید.
• مرحله 2: واکنش کاهش
عامل کاهنده (مثلاً N₂H₄·H₂O) را اضافه کنید و در اتوکلاو فشار بالا ببندید.
شرایط واکنش:
دما: ۱۸۰ تا ۲۲۰ درجه سانتیگراد
⏰ زمان: ۱۲ تا ۲۴ ساعت
فشار: خود تولید (۳-۵ مگاپاسکال)
معادله واکنش: Zn2++TeO32−+عامل کاهنده→ZnTe+محصولات جانبی (مثلاً H₂O، N₂) Zn2++TeO32−+عامل کاهنده→ZnTe+محصولات جانبی (مثلاً H₂O، N₂)
• مرحله ۳: پس از درمان
برای جداسازی محصول، سانتریفیوژ کنید، ۳ تا ۵ بار با اتانول و آب دیونیزه بشویید.
o در خلاء (60 تا 80 درجه سانتیگراد به مدت 4 تا 6 ساعت) خشک کنید.
۳. پارامترهای کلیدی
• غلظت پیش‌ساز: ۰.۱–۰.۵ مول بر لیتر
• کنترل pH: 9-11 (شرایط قلیایی واکنش را تسهیل می‌کند)
• کنترل اندازه ذرات: از طریق نوع حلال تنظیم کنید (مثلاً، EDA نانوسیم‌ها را تولید می‌کند؛ فاز آبی نانوذرات را).
________________________________________
III. سایر فرآیندهای پیشرفته
۱. رسوب بخار شیمیایی (CVD)
• کاربرد: تهیه لایه نازک (مثلاً سلول‌های خورشیدی).
• پیش‌سازها: دی‌اتیل‌زینک (Zn(C₂H₅)₂) و دی‌اتیل‌تلوریوم (Te(C₂H₅)₂).
• پارامترها:
دمای رسوب‌گذاری: ۳۵۰ تا ۴۵۰ درجه سانتیگراد
گاز حامل: مخلوط H₂/Ar (نرخ جریان: ۵۰-۱۰۰ sccm)
فشار: ۱۰⁻²–۱۰⁻³ تور
۲. آلیاژسازی مکانیکی (آسیاب گلوله‌ای)
• ویژگی‌ها: بدون حلال، سنتز در دمای پایین.
• پارامترها:
نسبت گلوله به پودر: ۱۰:۱
زمان آسیاب کردن: ۲۰ تا ۴۰ ساعت
سرعت چرخش: ۳۰۰-۵۰۰ دور در دقیقه
________________________________________
IV. کنترل کیفیت و توصیف
۱. آنالیز خلوص: پراش اشعه ایکس (XRD) برای ساختار کریستالی (پیک اصلی در 2θ ≈25.3°).
۲. کنترل ریخت‌شناسی: میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای اندازه نانوذرات (معمولاً: ۱۰ تا ۵۰ نانومتر).
۳. نسبت عنصری: طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) یا طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP-MS) برای تأیید نسبت روی (Zn ≈1:1).
________________________________________
پنجم. ملاحظات ایمنی و زیست‌محیطی
۱. تصفیه گاز زائد: H₂Te را با محلول‌های قلیایی (مثلاً NaOH) جذب کنید.
۲. بازیابی حلال: حلال‌های آلی (مثلاً EDA) را از طریق تقطیر بازیافت کنید.
۳. اقدامات حفاظتی: از ماسک‌های ضد گاز (برای محافظت در برابر H₂Te) و دستکش‌های مقاوم در برابر خوردگی استفاده کنید.
________________________________________
ششم. روندهای فناوری
• سنتز سبز: توسعه سیستم‌های فاز آبی برای کاهش مصرف حلال‌های آلی.
• اصلاح آلایش: افزایش رسانایی با آلایش با مس، نقره و غیره.
• تولید در مقیاس بزرگ: برای دستیابی به بچ‌های در مقیاس کیلوگرم، از راکتورهای جریان پیوسته استفاده کنید.
زمان ارسال: ۲۱ مارس ۲۰۲۵