CN103950904A - 一种碲化锌的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碲化锌的制备方法，包括：向石墨坩埚内投入碲和锌混合物料后通入惰性气体排尽氧气，密闭坩埚；将坩埚置于密闭耐热容器内，除尽密闭耐热容器内氧气后通入惰性气体；将耐热容器内压力调节至0.6～3.0MPa，温度升至1000～1500℃，再保温1～4h后降温；降温至小于60℃后排气泄压，取出混合物料，得到碲化锌。本发明为在惰性气氛中，在一定压力下碲和锌进行反应合成碲化锌，其工艺时间短，所需要的设备少，过量系数低，提高了碲化锌的产品纯度，在一定程度上降低了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种碲化锌的制备方法

技术领域

本发明涉及一种合成材料的制备方法，尤其涉及一种碲化锌的制备方法。

背景技术

碲化锌是锌和碲的化合物，化学式为ZnTe。碲化锌主要用于半导体和红外材料，可用作荧光材料和磷光材料，还也可制作发光二极管、作红外探测、辐射探测材料。碲化锌对波长为0.65μm的光有透过性，对波长为1～8μm的光的折射率为2.7。

现有技术中，制备碲化锌的方法有两种，包括干法和湿法。其中，干法是将碲和锌在密闭气氛中加热到1000～1200℃后进行反应合成碲化锌；湿法是将碲化钠和乙酸锌在水溶液中反应，生成黄棕色碲化锌水合物沉淀。但干法的消耗时间长，湿法的产品质量难以保证，而且在制备碲化锌的过程中，如遇到稀酸，则会反应放出具有剧毒的碲化氢(H2Te)，可见对制备碲化锌要求非常高。

发明内容

本发明提供了一种碲化锌的制备方法，整个制备工艺流程利用高压合成方法，时间短，所需要的设备少，过量系数低，在一定程度上降低了生产成本，提高了生产效率。

为解决上述问题，本发明提供的一种碲化锌的制备方法，包括：

A、向石墨坩埚内投入碲和锌混合物料后通入惰性气体排尽氧气，密闭坩埚；

B、将坩埚置于密闭的耐热容器内，除尽耐热容器内氧气后通入惰性气体；

C、将耐热容器内压力调节至0.6～3.0MPa，温度升至1000～1500℃，再保温1～4h后降温；

D、降温至小于60℃后排气泄压，取出混合物料，得到碲化锌。

优选地，步骤C具体为：

将耐热容器内压力调节至0.6～3.0MPa，温度控制在：初始的30min内升至1200～1300℃，接着的10min内降温至1000～1200℃，再接着的15min内升温至1200～1500℃，持续保温1～4h后降温。

优选地，步骤C反应时间为反应2～3h。

优选地，所述碲和锌的配制摩尔比为1:1.001～1.100。

优选地，所述碲和锌的配制摩尔比为1:1.005～1.050。

优选地，所述碲和锌的配制摩尔比为1:1.010～1.030。

优选地，所述耐热容器为高压炉。

优选地，步骤B具体为：将坩埚置于高压炉内，合上炉膛，开启真空泵除尽高压炉内氧气后通入惰性气体。

优选地，所述惰性气体为氮气、氮气与惰性气体混合气体中任意一种。

优选地，步骤C中所述压力为1.0～2.0MPa。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：将碲和锌置于石墨坩埚内，待坩埚充满惰性气体后，置于密闭的耐热容器内加压加热反应，整个制备工艺流程利用高压合成方法，时间短，所需要的设备少，过量系数低，在一定程度上降低了生产成本，提高了生产效率，同时，通过将坩埚放置在高压炉内，避免了碲和锌与其他工具的触碰及使用，尤其是避免了与石英质地工具及炉体的触碰及使用，有效避免了容易与本工艺发生反应的硅元素的引入，提高了碲化锌的产品纯度，有良好的经济效益。

具体实施方式

本发明提供了一种碲化锌的制备方法，整个制备工艺流程利用高压合成方法，时间短，所需要的设备少，过量系数低，在一定程度上降低了生产成本，提高了生产效率。

锌是一种浅灰色、银白色的过渡金属，化学性质活泼，在空气中难燃烧。碲是一种斜方晶系银白色结晶物，一般来说可以供半导体器件、合金、化工原料及铸铁、橡胶、玻璃等工业作添加剂用，由其两者组成的碲化锌(ZnTe)，是半导体和红外材料，具有光导、荧光等特性。

本发明提供的一种碲化锌的制备方法，包括步骤：

步骤A、向石墨坩埚内投入碲和锌混合物料后通入惰性气体排尽氧气，密闭坩埚。

步骤B、将坩埚置于密闭的耐热容器内，除尽耐热容器内氧气后通入惰性气体。

步骤C、将耐热容器内压力调节至0.6～3.0MPa，温度升至1000～1500℃，再保温1～4h后降温。

步骤D、降温至小于60℃后排气泄压，取出混合物料，得到碲化锌。

将碲和锌置于石墨坩埚内，待坩埚充满惰性气体后，置于密闭耐热容器内加压加热反应，整个制备工艺流程利用高压合成方法，时间短，所需要的设备少，过量系数低，在一定程度上降低了生产成本，提高了生产效率，同时，通过将坩埚放置在高压炉内，避免了碲和锌与其他工具的触碰及使用，尤其是避免了与石英质地工具及炉体的触碰及使用，有效避免了容易与本工艺发生反应的硅元素的引入，提高了碲化锌的产品纯度，有良好的经济效益。

其中，向石墨坩埚内投入碲和锌混合物料后通入惰性气体排尽氧气，密闭坩埚。碲和锌的配制摩尔比优选为1:1.001～1.100，更优选为1:1.005～1.050，最优选为1:1.010～1.030。

合成后的碲化锌最佳配比应该是1:1，而本实施例配制碲化锌，摩尔比反而选取了不是最佳配比的比例，是由于在高温合成的过程中，碲化锌会部分分解，而选择了过量的锌，可以抑制碲化锌在合成时不会因为高温而分解。

详细地说，锌所产生的反应具体为：在高温下锌的蒸汽压相对较高，锌的沸点为1180K，而在1723K时，锌的蒸汽压达到了4750Kpa，也就是说明了过量的锌可以起到很好的抑制效果。但当锌的过量系数超过一定的范围时，则会因为压力过大而导致石墨坩埚爆裂。

先对碲和锌按照摩尔比进行配比，配比后的混合物放入石墨坩埚内，石墨坩埚有效保证碲和锌不与坩埚比粘合或发生反应。向坩埚投入碲和锌混合物，向坩埚内通入惰性气体将氧气排出，紧接着盖上石墨盖。

此处所称的排出氧气，可以由本领域技术人员确认氧气基本排出后关闭坩埚盖。

可以预先清洁干净该石墨坩埚，以避免引入杂质，该石墨坩埚可以为高纯度的石墨坩埚。

需要说明的是，本发明优选使用纯度高于99.999％的碲块和纯度高于99.999％的锌锭，其中两者的杂质综合小于10ppm(ppm即为百万分之一)。

碲块为无定形状，可将其敲碎至5cm以下的小块便于加料。锌锭为无定形状，制作成球状、饼状、粒状、棒状等均可，其大小可视坩埚大小而定。

所称的惰性气体可以为氮气、氮气与惰性气体混合气体中任意一种。

其中，将坩埚置于密闭耐热容器内，除尽密闭耐热容器内氧气后通入惰性气体。

所称的密闭耐热容器优选为高压炉。本步骤可以具体为将坩埚置于高压炉内，合上炉膛，开启真空泵除尽高压炉内氧气后通入惰性气体。该真空泵可以设置为与高压炉连接。

该炉膛指的是由炉墙包围起来提供密闭空间，用于增压以及提供夹层起到隔热的作用，主要用于隔绝石墨坩埚与石墨坩埚外的大气，同时整个升温过程中炉墙内一直通冷却水降温，防止人员接触造成烫伤。

需要说明的是，石墨坩埚可以置于高压炉的炉膛中间，石墨坩埚下面有石墨支撑杆支撑坩埚悬空，加热方式为电加热，热电偶紧贴石墨坩埚控温。整个生产过程中无烟气排放。

所称的惰性气体可以为氮气、氮气与惰性气体混合气体中任意一种。

其中，将耐热容器内压力调节至0.6～3.0MPa，温度升至1000～1500℃，再保温1～4h后降温。

保温时间更优选为2～3h，最优选为2.5～3h。调节压力更优选为0.6～2.0MPa，最优选为1.0～2.0MPa。

本步骤优选为调节耐热容器内压力至0.6～3.0MPa，初始30min内加热升温至1200～1300℃，接着10min内降温至1000～1200℃，再接着升温至1200～1500℃，持续保温1～4h后降温。更优选地压力调节至1.0～2.0MPa、保温时间为2～3h。本步骤在起初的30min内缓慢升温可以抑制碲化锌在高温内的分解，在接着的10min内降温，继续避免碲化锌分解，同时在高温后降温可以避免碲化锌表面非晶体增加，再接着升温，可以使得碲化锌表层晶体增加，提高产品收率。

需要说明的是，本实施例中，设定的压力越大，保温时间越长，产品表面越光滑，非晶体越少。

其中，降温至小于60℃后排气泄压，取出混合物料，得到碲化锌。

优选地待温度降低至60℃以下，更优选地为50℃以下，再优选为45℃以下，最优选为30℃以下，可以避免碲和锌在开启后与外界物质发生反应，也为了保证使用者的安全。

将碲和锌置于石墨坩埚内，待坩埚充满惰性气体后，置于密闭耐热容器内加压加热反应，整个制备工艺流程利用高压合成方法，时间短，所需要的设备少，过量系数低，在一定程度上降低了生产成本，提高了生产效率，同时，通过将坩埚放置在高压炉内，避免了碲和锌与其他工具的触碰及使用，尤其是避免了与石英质地工具及炉体的触碰及使用，有效避免了容易与本工艺发生反应的硅元素的引入，提高了碲化锌的产品纯度，有良好的经济效益。

下面以多个实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

按照摩尔比为1:1.01的5N碲块：5N锌锭配料混合成6000g的混合物料，

将混合物料放入干净的高纯度的石墨坩埚内，通入氮气将坩埚中的氧气排掉，盖上坩埚盖，将石墨坩埚放入高压炉中合上炉膛。

开启真空泵将高压炉内压力抽至-0.1Pa，接着充入氮气，如此重复三次，尽量将高压炉内的氧气除尽，最后充入氮气将高压炉内压力升至1.0MPa。然后加热升温至1400℃，保温反应3h后降温，当温度降至50℃后排气泄压，开炉取料，得到碲化锌产品5994g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.12％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.90％。

实施例2

将碲块与锌锭的摩尔比控制为1:1.03，其他条件与实施例1中相同，反应后得到碲化锌产品5998g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.15％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.92％。

实施例3

将碲块与锌锭的摩尔比控制为1:1.05，其他条件与实施例1中相同，反应后得到碲化锌产品5996g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.13％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.91％。

由实施例1～实施例3可知，在其他工艺条件相同下，碲与锌不同的摩尔比制得的碲化锌产品收率不同，实施例2，也就是碲与锌摩尔比为1:1.03时，产品收率最高。

实施例4

按照摩尔比为1:1.03的5N碲块：5N锌锭配料混合成6000g的混合物料，

将混合物料放入干净的高纯度的石墨坩埚内，通入氮气将坩埚中的氧气排掉，盖上坩埚盖，将石墨坩埚放入高压炉中合上炉膛。

开启真空泵将高压炉内压力抽至-0.1Pa，接着充入氮气，如此重复三次，尽量将高压炉内的氧气除尽，最后充入氮气将高压炉内压力升至2.0MPa。然后加热升温至1300℃，保温反应2h后降温，当温度降至45℃后排气泄压，开炉取料，得到碲化锌产品5992g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.10％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.86％。

实施例5

将高压炉内压力升至2.5MPa，加热升温至1200℃，保温反应4h，温度降至30℃后排气泄压，其他条件与实施例4中相同，反应后得到碲化锌产品5988g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.11％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.80％。

实施例6

将高压炉内压力升至3.0MPa，加热升温至1500℃，保温反应1h，温度降至40℃后排气泄压，其他条件与实施例4中相同，反应后得到碲化锌产品5986g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.09％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.79％。

由实施例4～实施例6可知，在其他工艺条件相同下，在高压炉内压力、加热升温温度、保温时间和降温温度不同的情况下，制得的碲化锌产品收率不同。其中在实施例4的高压炉内压力2.0MPa、加热升温至1300℃、保温反应2h，温度降至45℃后排气泄压制得的碲化锌收率最高。

实施例7

按照摩尔比为1:1.03的5N碲块：5N锌锭配料混合成6000g的混合物料，

将混合物料放入干净的高纯度的石墨坩埚内，通入氮气将坩埚中的氧气排掉，盖上坩埚盖，将石墨坩埚放入高压炉中合上炉膛。

开启真空泵将高压炉内压力抽至-0.1Pa，接着充入氮气，如此重复三次，尽量将高压炉内的氧气除尽，最后充入氮气将高压炉内压力升至2.0MPa。然后在初始的30min内升至1300℃，接着的10min内降温至1150℃，再接着的15min内升温至1300℃，持续保温2h后降温，当温度降至45℃后排气泄压，开炉取料，得到碲化锌产品5991g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.20％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.92％。

实施例8

将初始的30min内升至1200℃，接着的10min内降温至1100℃，再接着的15min内升温至1400℃，持续保温2h后降温，其他条件与实施例7相同，反应后得到碲化锌产品5987g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.11％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.77％。

实施例9

将初始的30min内升至1300℃，接着的10min内降温至1200℃，再接着的15min内升温至1500℃，持续保温2h后降温，其他条件与实施例7相同，反应后得到碲化锌产品5988g。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.11％，杂质总含量小于10ppm，产品收率99.78％。

由实施例7～实施例9可知，在其他工艺条件相同下，不同的加热工艺得到的碲化锌产品收率不同，其中实施例7产品收率最高。

实施例10:

以实施例2作为基准进行对比，碲块与锌锭选择不同的摩尔比，其他条件与实施例2中相同。

A、同样选取与实施例2相同的碲块与锌锭的摩尔比为1:1.03，加热升温开始时仔细听高压炉内的动静，加热升温至1400℃，保温反应3h后降温，当温度降至50℃后排气泄压，开炉取料。

可见高压炉外部结构没变化。

B、碲块与锌锭的摩尔比选取1:1.12，加热升温开始时仔细听高压炉内的动静，加热升温至1400℃，保温反应2.4h时，发现高压炉发出声音，停止加热，开启高压炉，石墨坩埚裂开，并散落部分碎片。

C、碲块与锌锭的摩尔比选取1:1，加热升温开始时仔细听高压炉内的动静，加热升温至1400℃，保温反应3h后降温，当温度降至50℃后排气泄压，开炉取料。检测石墨坩埚内产物，发现石墨坩埚内含有碲元素、锌元素和碲化锌晶体，提取碲化锌晶体，碲化锌含量占石墨坩埚内总产物的78.35％

可见，从本实施例中的C选取同样摩尔比的碲和锌，在高温下，碲化锌会部分分解；B选取摩尔比锌远大于碲，可以说是过量系数超范围，石墨坩埚裂开。

对比例:

向反应釜内加入2000mL去离子水，然后向溶液中加入263.4g高纯乙酸锌，搅拌至溶解完全。保持搅拌转速200rpm、在温度为50-60℃条件下，向溶液中缓慢加入5N碲化钠173.6g，加完后保温搅拌反应4h。其中乙酸锌与碲酸钠的摩尔比为乙酸锌：碲酸钠＝1:1.2。

反应4小时后，去上清液后用3600ml纯化水洗涤过滤，在氮气氛围中200℃条件下干燥8h，得到187.1g碲化锌样品。

检测得到的碲化锌，其中碲含量为66.13％，其中钠含量为8ppm，其它金属杂质含量和小于6ppm，氧含量为214ppm，产品收率为97.7％，但产品纯度不达要求。

从上述多个实施例和对比例得知，本发明与现有技术相比，本发明需要时间少，只需要反应1～4h，同时不受外界干扰，产品质量可以有效保证。

将碲和锌置于石墨坩埚内，待坩埚充满惰性气体后，置于密闭耐热容器内加压加热反应，整个制备工艺流程利用高压合成方法，时间短，所需要的设备少，过量系数低，在一定程度上降低了生产成本，提高了生产效率，同时，通过将坩埚放置在高压炉内，避免了碲和锌与其他工具的触碰及使用，尤其是避免了与石英质地工具及炉体的触碰及使用，有效避免了容易与本工艺发生反应的硅元素的引入，提高了碲化锌的产品纯度，有良好的经济效益。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种碲化锌的制备方法，其特征在于，包括：

A、向石墨坩埚内投入碲和锌混合物料后通入惰性气体排尽氧气，密闭坩埚；

B、将坩埚置于密闭的耐热容器内，除尽耐热容器内氧气后通入惰性气体；

C、将耐热容器内压力调节至0.6～3.0MPa，温度升至1000～1500℃，再保温1～4h后降温；

D、降温至小于60℃后排气泄压，取出混合物料，得到碲化锌。

2.根据权利要求1所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，步骤C具体为：

将耐热容器内压力调节至0.6～3.0MPa，温度控制在：初始的30min内升至1200～1300℃，接着的10min内降温至1000～1200℃，再接着的15min内升温至1200～1500℃，持续保温1～4h后降温。

3.根据权利要求1所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，步骤C反应时间为反应2～3h。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，所述碲和锌的配制摩尔比为1:1.001～1.100。

5.根据权利要求1所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，所述碲和锌的配制摩尔比为1:1.005～1.050。

6.根据权利要求1～3任意一项所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，所述碲和锌的配制摩尔比为1:1.010～1.030。

7.根据权利要求1所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，所述耐热容器为高压炉。

8.根据权利要求7所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，步骤B具体为：将坩埚置于高压炉内，合上炉膛，开启真空泵除尽高压炉内氧气后通入惰性气体。

9.根据权利要求1所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氮气与惰性气体混合气体中任意一种。

10.根据权利要求1所述的碲化锌的制备方法，其特征在于，步骤C中所述压力为1.0～2.0MPa。