Пристрій для синтезу напівпровідникових нанокристалів телуридів металів підгрупи цинку

Реферат: Пристрій для синтезу напівпровідникових нанокристалів телуридів металів підгрупи цинку складається з тригорлого ізотермічного гетерогенного реактора напівперіодичної дії для низькотемпературних некаталітичних процесів, оснащеного електромагнітною мішалкою, термометром та патрубком для вихлопних газів. До патрубка для вихлопних газів пристрою додатково приєднано рідинний нейтралізатор, що виконаний із скляного колектора, заповненого нейтралізуючою сумішшю. UA 103983 U (12) UA 103983 U UA 103983 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до обладнання для синтезу колоїдних нанокристалів (ПК) телуридів металів підгрупи цинку за допомогою низькотемпературного методу та може бути використана в лабораторних дослідженнях та дослідно-конструкторських роботах в області нано- та біотехнологій, у виробництві різних люмінесцентних матеріалів, а також як основа для виробництва надмініатюрних світлодіодів, джерел білого світла, одноелектронних транзисторів, нелінійно-оптичних пристроїв, фоточутливих і фотогальванічних пристроїв. Розроблені на даний час пристрої для отримання низькорозмірних напівпровідникових структур досить різноманітні. В літературі приводиться близько десяти класифікацій методик за різними фізичними та хімічними принципами. Детальний огляд методик синтезу CdTe та пристроїв для їх отримання наведено в [1]. В лабораторних умовах напівпровідникові НК отримують у спеціальних пристроях за допомогою таких методів хімічного синтезу як металорганічний синтез, синтез у міцелах та везикулах, у зворотних мікроемульсіях, матрицях сегрегованих блокспівполімерів, у порах поліакриламідних гелів, сольвотермальний синтез, золь-гель синтез, синтез у неводному середовищі, синтез з використанням тіол-стабілізаторів. Колоїдний синтез НК напівпровідників у відповідних пристроях можна проводити кількома способами: при високій або низькій (кімнатній) температурі, у водному розчині або органічних 18 20 розчинниках. Перевагою даного методу є можливість отримання великої кількості (10 -10 ) НК в ході одного синтезу. Використання високих температур, при яких проводиться неводний синтез, призводить до утворення НК із високою кристалічністю і високим квантовим виходом ФЛ. Малі радіаційні рекомбінації на поверхневих пастках можна надалі зменшити при рості гетероепітаксіальної неорганічної оболонки навколо НК. Патент US 6179912 (МПК C01G1/02; С30В7/00 (опубл. 30.01.2001) (аналог) [2] описує рідинну безперервну потокову реакторну систему для отримання флуоресцентних наночасток. Система (пристрій) включає в себе каскад з двох реакторів. Реактори можуть нагріватися до різних температур. Приготовлені суміші реагентів надходять тільки в перший реактор, тобто, ця реакторна система може бути використана тільки для синтезу таких наночастинок, де розподіл компонентів всередині є однорідним або випадковим. Розмір наночастинок контролюється довжиною тієї частини реактора, що нагрівається, однак зміна цього параметра в ході реакції є надзвичайно складним та трудомістким завданням. Таким чином, реакторна система може бути оптимізована тільки для синтезу одного типу наночастинок. Недоліком такої реакторної системи (пристрою) є неможливість подачі розчинів додаткових реагентів між двома реакторами. Крім того, пристрій не застосовується для виробництва систем "ядро-оболонка". Оскільки система працює при атмосферному тиску, то точка кипіння розчинника обмежена, що дозволяє використовувати тільки розчинники, що мають рідку фазу при температурі реакції, тобто висококиплячі органічні розчинники, що володіють високою токсичністю. Окрім того, проточні реакторні системи не дають можливості гнучкого управління параметрами синтезу, що не дозволяє отримувати наночастинки з різними вихідними параметрами. У зв'язку з високою токсичністю відпрацьованих газів, нейтралізація яких в аналозі не передбачена, така установка є надзвичайно екологічно небезпечна. Найбільш близьким до способу, що заявляється, (прототип) є патент [3]. НК CdTe в колоїдному розчині в деіонізованій воді отримували у спеціальному тригорлому реакторі при кімнатній температурі в анаеробних умовах з прекурсорів кадмію та телуру. рН середовища контролювали шляхом додавання розчину натрій гідроксиду. Про утворення зародків кадмій телуриду свідчить поява забарвлення розчину, яке залежить від природи стабілізатора. Конструкція реактора дозволяє досягти швидкого змішування прекурсорів та контрольованого росту НК. Описаний пристрій дозволяє отримувати НК CdTe задовільної якості та використовувати широкий спектр прекурсорів і одночасно є достатньо простим у виконанні. Проте, залежно від природи дисперсійного середовища, що використовується в процесі колоїдного синтезу, у відпрацьовані гази пристрою потрапляють достатньо великі кількості гідроген телуриду, що не прореагував в ході синтезу. Гідроген телурид - надзвичайно токсичний (клас небезпеки 1 по ГОСТ 12.1.007-76), безбарвний, горючий газ з вельми неприємним запахом (нагадує часниковий запах арсину). У зв'язку з високою токсичністю цих відпрацьованих газів, нейтралізація яких в прототипі також не передбачена, такий пристрій є теж надзвичайно екологічно небезпечним. Задачею корисної моделі є створення екологічно більш безпечного пристрою для синтезу колоїдних 1 [К телуридів металів підгрупи цинку в колоїдних розчинах на базі ізотермічного гетерогенного реактора напівперіодичної дії для низькотемпературних некаталітичних процесів, відпрацьовані гази якого є нейтралізованими і не містять токсичних компонентів. 1 UA 103983 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Поставлена задача вирішується завдяки тому, що пристрій для синтезу колоїдних НК телуридів металів підгрупи цинку складається з тригорлого ізотермічного гетерогенного реактора напівперіодичної дії для низькотемпературних некаталітичних процесів, оснащеного електромагнітною мішалкою, термометром та патрубком для відпрацьованих газів, причому до патрубка для відпрацьованих газів додатково приєднано рідинний нейтралізатор, який виконано із скляного колектора, заповненого нейтралізуючою сумішшю. Нейтралізатор - це додатковий пристрій, який приєднується до вихлопної системи пристрою для синтезу напівпровідникових нанокристалів телуридів металів підгрупи цинку з метою зниження токсичності відпрацьованих газів. Принцип роботи нейтралізатора базується на хімічній взаємодії токсичних компонентів відпрацьованих газів шляхом їх продування через розчин активного компонента колектора. Як активний компонент використовують натрій гідроксид. Рідинний нейтралізатор розташований на патрубку 5 (фіг.) у вихлопній системі установки. Приклад конкретного виконання Нами був використаний пристрій для отримання низькорозмірних структур (ПК) телуридів металів підгрупи цинку в колоїдних розчинах, який складався (креслення) з тригорлого ізотермічного гетерогенного реактора напівперіодичної дії для низькотемпературних некаталітичних процесів об'ємом 500 мл (1), оснащеного термометром (2) електромагнітною мішалкою (3) та патрубком для відпрацьованих газів (5), причому до патрубка для відпрацьованих газів додатково приєднано рідинний нейтралізатор (6), який виконано із скляного колектора, заповненого нейтралізуючою сумішшю, а як нейтралізуюча для гідроген телуриду суміш використовували 0,1 Μ розчин натрій гідроксиду (фіг.). В реактор завантажували суміш сполук (прекурсорів) (4), з яких відбувається нуклеація та ріст НК. При синтезі НК у розчині кожен із видів атомів, що беруть участь у формуванні НК, вводиться у реактор у формі прекурсору, який являє собою молекулу або комплекс, що містить один або більше видів атомів, необхідних для вирощування НК. У даному випадку джерелом Cd -іонів є 2розчин солі CdI2, а Те -іонів - газ H2Tе. Після введення прекурсорів у реакційну камеру, вони розкладаються і формують нові реактивні одиниці, які і викликають нуклеацію та ріст НК. Енергію, необхідну для розкладу прекурсорів, забезпечує рідина у реакторі (у даній роботі деіонізована вода). Відпрацьовані гази надходять у нейтралізатор через патрубок (5) і надходять у колектор (6), де вступають в хімічну взаємодію з робочою нейтралізуючою сумішшю (0,1 Μ розчин натрій гідроксиду). В колекторі проходять наступні хімічні реакції: 2Н2Те → 2Те↓+2Н2О H2Te+2NaOH→Na2Te+2H2O 2Н2Те+2Н2О+О2→4Н2О+2Те↓. Після повної нейтралізації очищені гази (пара води) без кольору та запаху викидаються в атмосферу. Робоча суміш нейтралізатора може використовуватись тривалий час, поки не змінить свій колір. Після цього її слід замінити на нову. Таким чином, наведений приклад свідчить про те, що завдяки використанню пристрою, до патрубка для відпрацьованих газів якого додатково приєднано рідинний нейтралізатор, який викопано із скляного колектора, заповненого нейтралізуючою сумішшю, вихлопні гази не містять токсичних компонентів і тому пристрій для отримання низькорозмірних структур (ПК) телуридів металів підгрупи цинку в колоїдних розчинах є екологічно безпечним. Джерела інформації: 1. Triboulet R. Fundamentals of the CdTe Synthesis /R Triboulet //J. Alloys Compd. - 2004. - Vol. 371, № 1-2. - P. 67-71. 2. Preparation of II-VI family semiconductor CdTe quantum point with H2Te as tellurium source, US Patent № 6179912, Jan. 30, 2001, Barbera-Guillem ctal., 3. Спосіб синтезу стабілізованих нанокристалів кадмію телуриду в колоїдному розчині, Капуш О.Α., Тріщук Л.І., Томашик З.Ф., Томашик В.М., Калитчук СМ., Корбутяк Д.В., Демчина Л.А., Будзуляк СІ. //Патент України на корисну модель № 72767. Бюлетень № 16 "Промислова власність". 27.08.2012 р. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Пристрій для синтезу напівпровідникових нанокристалів телуридів металів підгрупи цинку, який складається з тригорлого ізотермічного гетерогенного реактора напівперіодичної дії для низькотемпературних некаталітичних процесів, оснащеного електромагнітною мішалкою, термометром та патрубком для вихлопних газів, який відрізняється тим, що до патрубка для 2 UA 103983 U вихлопних газів пристрою додатково приєднано рідинний нейтралізатор, що виконаний із скляного колектора, заповненого нейтралізуючою сумішшю. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3