თუთიის ტელურიდი (ZnTe), II-VI კლასის მნიშვნელოვანი ნახევარგამტარული მასალა, ფართოდ გამოიყენება ინფრაწითელ დეტექტორში, მზის უჯრედებსა და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში. ნანოტექნოლოგიისა და მწვანე ქიმიის ბოლოდროინდელმა მიღწევებმა ოპტიმიზაცია გაუკეთა მის წარმოებას. ქვემოთ მოცემულია ZnTe-ის წარმოების მიმდინარე ძირითადი პროცესები და ძირითადი პარამეტრები, მათ შორის ტრადიციული მეთოდები და თანამედროვე გაუმჯობესებები:
___________________________________________
I. ტრადიციული წარმოების პროცესი (პირდაპირი სინთეზი)
1. ნედლეულის მომზადება
• მაღალი სისუფთავის თუთია (Zn) და ტელურიუმი (Te): სისუფთავე ≥99.999% (5N კლასის), შერეული 1:1 მოლური თანაფარდობით.
• დამცავი აირი: მაღალი სისუფთავის არგონი (Ar) ან აზოტი (N₂) დაჟანგვის თავიდან ასაცილებლად.
2. პროცესის მიმდინარეობა
• ნაბიჯი 1: ვაკუუმური დნობის სინთეზი
o შეურიეთ Zn და Te ფხვნილები კვარცის მილში და ევაკუაცია მოახდინეთ ≤10⁻³ Pa-მდე.
o გათბობის პროგრამა: გააცხელეთ 5–10°C/წთ სიჩქარით 500–700°C-მდე, გააჩერეთ 4–6 საათის განმავლობაში.
რეაქციის განტოლება: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• ნაბიჯი 2: გახურება
o ნედლი პროდუქტი გააცხელეთ 400–500°C ტემპერატურაზე 2–3 საათის განმავლობაში, ბადისებრი დეფექტების შესამცირებლად.
• ნაბიჯი 3: დაქუცმაცება და გაცრა
o გამოიყენეთ ბურთულიანი წისქვილი ნაყარი მასალის სამიზნე ნაწილაკების ზომამდე დასაფქვად (ნანომასშტაბიანი მაღალი ენერგიის ბურთულიანი დაფქვა).
3. ძირითადი პარამეტრები
• ტემპერატურის კონტროლის სიზუსტე: ±5°C
• გაგრილების სიჩქარე: 2–5°C/წთ (თერმული დაძაბულობის ბზარების თავიდან ასაცილებლად)
• ნედლეულის ნაწილაკების ზომა: Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
___________________________________________
II. თანამედროვე გაუმჯობესებული პროცესი (სოლვოთერმული მეთოდი)
სოლვოთერმული მეთოდი ნანომასშტაბიანი ZnTe-ის წარმოებისთვის ძირითადი ტექნიკაა, რომელიც ისეთ უპირატესობებს გვთავაზობს, როგორიცაა ნაწილაკების კონტროლირებადი ზომა და დაბალი ენერგიის მოხმარება.
1. ნედლეული და გამხსნელები
• პრეკურსორები: თუთიის ნიტრატი (Zn(NO₃)₂) და ნატრიუმის ტელურიტი (Na₂TeO₃) ან ტელურის ფხვნილი (Te).
• აღმდგენი საშუალებები: ჰიდრაზინის ჰიდრატი (N₂H₄·H₂O) ან ნატრიუმის ბოროჰიდრიდი (NaBH₄).
• გამხსნელები: ეთილენდიამინი (EDA) ან დეიონიზებული წყალი (DI წყალი).
2. პროცესის მიმდინარეობა
• ნაბიჯი 1: პრეკურსორის დაშლა
გამხსნელში მორევის ქვეშ გახსენით Zn(NO₃)₂ და Na₂TeO₃ 1:1 მოლური თანაფარდობით.
• ნაბიჯი 2: აღდგენის რეაქცია
o დაამატეთ აღმდგენი აგენტი (მაგ., N₂H₄·H₂O) და დალუქეთ მაღალი წნევის ავტოკლავში.
რეაქციის პირობები:
ტემპერატურა: 180–220°C
დრო: 12–24 საათი
წნევა: თვითგენერირებული (3–5 მპა)
o რეაქციის განტოლება: Zn2++TeO32−+აღდგენითი აგენტი→ZnTe+თანმდევი პროდუქტები (მაგ., H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+აღდგენითი აგენტი→ZnTe+თანმდევი პროდუქტები (მაგ., H₂O, N₂)
• ნაბიჯი 3: მკურნალობის შემდგომი პერიოდი
o პროდუქტის იზოლირებისთვის გამოიყენეთ ცენტრიფუგი, 3-5-ჯერ ჩამოიბანეთ ეთანოლით და გაზავებული წყლით.
o გააშრეთ ვაკუუმში (60–80°C 4–6 საათის განმავლობაში).
3. ძირითადი პარამეტრები
• პრეკურსორის კონცენტრაცია: 0.1–0.5 მოლ/ლ
• pH კონტროლი: 9–11 (ტუტე პირობები ხელს უწყობს რეაქციას)
• ნაწილაკების ზომის კონტროლი: კორექტირება გამხსნელის ტიპის მიხედვით (მაგ., EDA იძლევა ნანომავთულებს; წყლიანი ფაზა იძლევა ნანონაწილაკებს).
___________________________________________
III. სხვა გაფართოებული პროცესები
1. ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD)
• გამოყენება: თხელი ფენის მომზადება (მაგ., მზის ელემენტები).
• პრეკურსორები: დიეთილთუთია (Zn(C₂H₅)₂) და დიეთილტელურიუმი (Te(C₂H₅)₂).
• პარამეტრები:
o დალექვის ტემპერატურა: 350–450°C
o გადამტანი აირი: H₂/Ar ნარევი (ნაკადის სიჩქარე: 50–100 sccm)
წნევა: 10⁻²–10⁻³ ტორი
2. მექანიკური შენადნობა (ბურთისებრი დაფქვა)
• მახასიათებლები: გამხსნელების გარეშე, დაბალტემპერატურული სინთეზი.
• პარამეტრები:
o ბურთულისა და ფხვნილის თანაფარდობა: 10:1
o დაფქვის დრო: 20–40 საათი
ბრუნვის სიჩქარე: 300–500 ბრ/წთ
___________________________________________
IV. ხარისხის კონტროლი და დახასიათება
1. სისუფთავის ანალიზი: რენტგენის დიფრაქცია (XRD) კრისტალური სტრუქტურისთვის (მთავარი პიკი 2θ ≈25.3°-ზე).
2. მორფოლოგიის კონტროლი: ნანონაწილაკების ზომის (ტიპიური: 10–50 ნმ) გამტარი ელექტრონული მიკროსკოპია (TEM).
3. ელემენტარული თანაფარდობა: ენერგოდისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპია (EDS) ან ინდუქციურად შეწყვილებული პლაზმური მას-სპექტრომეტრია (ICP-MS) Zn ≈1:1-ის დასადასტურებლად.
___________________________________________
V. უსაფრთხოებისა და გარემოსდაცვითი მოსაზრებები
1. ნარჩენი აირის დამუშავება: H₂Te შეიწოვება ტუტე ხსნარებით (მაგ., NaOH).
2. გამხსნელის აღდგენა: ორგანული გამხსნელების (მაგ., ეთერზეთის დისტილაციის ოქსიდის) გადამუშავება დისტილაციის გზით.
3. დამცავი ზომები: გამოიყენეთ გაზის ნიღბები (H₂Te-სგან დასაცავად) და კოროზიისადმი მდგრადი ხელთათმანები.
___________________________________________
VI. ტექნოლოგიური ტენდენციები
• მწვანე სინთეზი: ორგანული გამხსნელების გამოყენების შესამცირებლად წყალფაზური სისტემების შემუშავება.
• დოპინგის მოდიფიკაცია: გამტარობის გაძლიერება Cu, Ag და ა.შ. დოპირებით.
• მასშტაბური წარმოება: კგ-იანი პარტიების მისაღებად უწყვეტი ნაკადის რეაქტორების გამოყენება.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 21 მარტი