Seng oksida

Struktur

Seng oksida mengkristal dalam dua bentuk, heksagonal wurtzite dan kubik zincblende. Struktur wurtzite merupakan yang paling stabil pada kondisi ambien dan dengan demikian yang paling umum. Bentuk zincblende dapat distabilkan dengan menumbuhkan ZnO pada substrat dengan struktur kisi kubik. Dalam kedua kasus, pusat seng dan oksida merupakan tetrahedral, geometri yang paling karakteristik untuk Zn (II). ZnO berubah menjadi motif garam dapur pada tekanan tinggi relatif sekitar 10 GPa.
Polimorf heksagonal dan zincblende tidak memiliki simetri inversi (Refleksi kristal relatif terhadap suatu titik tertentu tidak mengubahnya menjadi dirinya sendiri). Hal ini dan sifat kisi simetri lainnya menghasilkan piezoelektrik dari ZnO heksagonal dan zincblende, dan piroelektrisitas dari ZnO heksagonal.
Struktur heksagonal memiliki point group 6 mm (notasi Hermann-Mauguin) atau C₆ᵥ (notasi Schoenflies), dan grup ruangnya adalah P6₃mc atau C₆ᵥ⁴. Konstanta kisinya adalah a = 3.25 Å and c = 5.2 Å; rasio c/a ~ 1.60 mendekati nilai ideal untuk sel heksagonal c/a = 1.633. Seperti dalam kebanyakan material golongan II-VI, ikatan dalam ZnO sebagian besar adalah ionik (Zn²⁺–O²⁻) dengan jari-jari 0.074 nm untuk Zn²⁺ dan 0.140 nm untuk O²⁻. Sifat ini menjelaskan pembentukan preferensial dari struktur heksagonal daripada zincblende, serta sifat piezoelektrisitas yang kuat pada ZnO. Karena ikatan Zn-O yang polar, bidang seng dan oksigen bermuatan listrik. Untuk menjaga netralitas listrik, bidang tersebut merekonstruksi pada tingkat atom dalam sebagian besar material relatif, namun tidak dalam ZnO - permukaannya adalah datar secara atomik, stabil dan tidak menunjukkan rekonstruksi. Anomali ZnO ini tidak sepenuhnya dijelaskan.

Sifat mekanik

ZnO adalah material yang relatif lembut dengan kekerasan perkiraan sebesar 4.5 pada skala Mohs. konstanta elastisnya lebih kecil dibandingkan dengan semikonduktor III-V yang relevan, seperti GaN. Kapasitas panas serta konduktivitas termal yang tinggi, ekspansi termal yang rendah dan suhu lebur yang tinggi dari ZnO menguntungkan bagi keramik. ZnO menunjukkan suatu fonon optik E2 (rendah) yang sangat lama tinggal dengan masa tinggal mencapai 133 ps pada 10 K.

Sifat kelistrikan

ZnO memiliki celah pita langsung yang relatif besar yakni ~3.3 eV pada suhu kamar. Keuntungan yang terkait dengan celah pita yang besar meliputi tegangan breakdown yang lebih tinggi, kemampuan untuk mempertahankan medan listrik yang besar, menurunkan suara elektronik, serta suhu tinggi dan operasi berdaya tinggi. Celah pita ZnO lebih lanjut dapat disetel pada ~3–4 eV melalui campurannya dengan magnesium oksida atau kadmium oksida.

Produksi

Untuk keperluan industri, ZnO diproduksi sebesar 10⁵ ton per tahun melalui tiga proses utama:

Proses tak langsung

Dalam proses tidak langsung atau Prancis, logam seng dilebur dalam wadah grafit dan menguap pada suhu di atas 907 °C (biasanya sekitar 1000 °C). Uap seng bereaksi dengan oksigen di udara untuk menghasilkan ZnO, disertai dengan penurunan suhu dan pendaran terang. Partikel seng oksida diangkut ke saluran pendingin serta dikumpulkan di sebuah rumah kantung. Metode tidak langsung ini dipopulerkan oleh LeClaire (Prancis) pada tahun 1844 dan karena itu umumnya dikenal sebagai proses Prancis. Produk yang dihasilkan biasanya terdiri dari partikel seng oksida diaglomerasi dengan ukuran rata-rata 0.1 hingga beberapa mikrometer. Berdasarkan berat, sebagian besar oksida seng di dunia diproduksi melalui proses Prancis.

Proses langsung

Proses langsung atau Amerika dimulai dengan beragam komposit seng terkontaminasi, seperti bijih seng atau produk sampingan pabrik peleburan. Prekursor seng direduksi (reduksi karbotermal) dengan pemanasan dengan sumber karbon seperti antrasit untuk menghasilkan uap seng, yang kemudian dioksidasi seperti dalam proses tidak langsung. Karena kemurnian yang lebih rendah dari material utama, produk akhir dalam proses langsung juga memiliki kualitas yang lebih rendah dibandingkan dengan yang tidak langsung.

Proses kimia basah

Sejumlah kecil produksi industri melibatkan proses kimia basah, yang dimulai dengan larutan berair garam seng, dari mana seng karbonat atau seng hidroksida diendapkan. Endapan padat kemudian dikalsinasi pada suhu sekitar 800 °C.

Struktur nano ZnO

Struktur nano ZnO dapat disintesis menjadi berbagai morfologi termasuk kawat nano, nanorod, tetrapoda, nanobelt, nanoflower, nanopartikel dan sebagainya. Struktur nano dapat diperoleh dengan sebagian besar teknik yang disebutkan di atas, pada kondisi tertentu, dan juga dengan metode uap-cair-padat. Sintesis ini biasanya dilakukan pada suhu sekitar 90 °C, dalam suatu larutan berair ekimolar dari seng nitrat serta heksamina, yang terakhir menyediakan lingkungan basa. Bahan tambahan tertentu, seperti polietilena glikol atau polietilenimina, dapat meningkatkan aspek rasio kawat nano ZnO. Doping dari kawat nano ZnO telah dicapai dengan menambahkan nitrat logam lainnya ke dalam larutan pertumbuhan. Morfologi struktur nano yang dihasilkan dapat disetel dengan mengubah parameter yang berkaitan dengan komposisi prekursor (seperti konsentrasi seng dan pH) atau perlakuan termal (seperti tingkat suhu dan pemanasan).

Keamanan

Sebagai aditif makanan, seng oksida berada dalam daftar zat, "secara umum diakui sebagai aman" atau GRAS oleh U.S. FDA.
Seng oksida itu sendiri bersifat non-toksik; Namun berbahaya untuk menghirup asap seng oksida, seperti yang dihasilkan ketika seng atau seng paduan dilelehkan dan teroksidasi pada suhu yang tinggi. Masalah ini terjadi ketika melelehkan kuningan karena titik leleh kuningan berada dekat dengan titik didih seng. Paparan seng oksida di udara, yang juga terjadi saat pengelasan galvanis (seng berlapis) baja, dapat mengakibatkan penyakit saraf yang disebut metal fume fever. Untuk alasan ini, biasanya baja galvanis tidak dilas, atau seng dihilangkan lebih dulu.