Цинк оксид

Цинк оксид или цинков оксид — неорганско соединение со формула ZnO. Тоа е бел прав кој е нерастворлив во вода. ZnO се користи како додаток во бројни материјали и производи, вклучувајќи козметика, додатоци во исхраната, гуми, пластика, керамика, стакло, цемент, лубрикант, бои, креми за сончање, масти, лепила, заптивки, пигменти, храна, батерии, ферити, противпожарни средства, полупроводници, и ленти за прва помош. Иако природно се јавува како минерал цинцит, повеќето цинк оксид се произведуваат синтетички.
1 Историја
Соединенијата на цинкот веројатно биле користени од раните луѓе, во обработени и необработени форми, како боја или медицинска маст, но нивниот состав е неизвесен. Употребата на пушпанџан, веројатно цинк оксид, како лек за очи и отворени рани, се споменува во индискиот медицински текст Charaka Samhita, за кој се смета дека датира од 500 п.н.е. или порано. Маста со цинк оксид ја споменува и грчкиот лекар Диоскорид (1 век од нашата ера). Гален предложи да се третираат улцеративните карциноми со цинк оксид, како и Авицена во неговиот Канон на медицината. Се користи како состојка во производи како бебешка пудра и креми против осип на пелени, крема со каламин, шампони против првут и антисептички масти.
Римјаните произвеле значителни количини месинг (легура на цинк и бакар) уште во 200 п.н.е. со процес на цементирање каде бакарот бил реагиран со цинк оксид. Се смета дека цинк оксидот е произведен со загревање на цинковата руда во шахтна печка. Ова го ослободи металниот цинк како пареа, која потоа се искачи на каналот и се кондензира како оксид. Овој процес бил опишан од Диоскорид во 1 век од нашата ера. Цинк оксид, исто така, е пронајден од рудниците за цинк во Завар во Индија, кои датираат од втората половина на првиот милениум п.н.е.
Од 12 до 16 век цинкот и цинк оксидот биле препознаени и произведени во Индија користејќи примитивна форма на процесот на директна синтеза. Од Индија, производството на цинк се преселило во Кина во 17 век. Во 1743 година, првата европска топилница за цинк била основана во Бристол, Обединетото Кралство. Околу 1782 година Луј-Бернард Гитон де Морво предложил замена на белото олово со цинк оксид.
Главната употреба на цинк оксидот (цинк бела) била во бои и како додаток на мастите. Белиот цинк бил прифатен како пигмент во сликите во масло до 1834 година, но не се мешал добро со маслото. Овој проблем беше решен со оптимизирање на синтезата на ZnO. Во 1845 година, ЛеКлер во Париз ја произведуваше маслената боја во голем обем, а до 1850 година, цинк белата се произведуваше низ цела Европа. Успехот на цинковата бела боја се должи на нејзините предности во однос на традиционалното бело олово: цинковото бело е суштински трајно на сончева светлина, не е поцрнето од воздухот што содржи сулфур, не е токсичен и поекономичен. Бидејќи цинковото бело е толку „чисто“, вредно е за правење нијанси со други бои, но прави прилично кршлив сув филм кога не се меша со други бои. На пример, во текот на доцните 1890-ти и раните 1900-ти, некои уметници користеле цинкова бела како основа за нивните слики во масло. Сите тие слики развија пукнатини со текот на годините.
Во последно време, најголемиот дел од цинк оксидот се користел во индустријата за гума за да се спротивстави на корозија. Во 1970-тите, втората најголема примена на ZnO беше фотокопирањето. Висококвалитетниот ZnO произведен со „француски процес“ беше додаден во хартијата за фотокопирање како филер. Оваа апликација набрзо беше поместена од титан.
2 Хемиски својства
Чистиот ZnO е бел прав, но во природата се јавува како редок минерал цинцит, кој обично содржи манган и други нечистотии кои даваат жолта до црвена боја.
Кристалниот цинк оксид е термохроматски, се менува од бело во жолто кога се загрева во воздух и се враќа во бело при ладење. Оваа промена на бојата е предизвикана од мала загуба на кислород во околината при високи температури за да се формира не-стехиометрискиот Zn<sub>1+x</sub>O, каде на 800 °C, x = 0,00007.
Цинк оксидот е амфотерен оксид. Тој е речиси нерастворлив во вода, но ќе се раствори во повеќето киселини, како што е хлороводородна киселина::ZnO + 2 HCl → ZnCl<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O
Цврстиот цинк оксид исто така ќе се раствори во алкали и ќе даде растворливи цинкати:
:ZnO + 2 NaOH + H<sub>2</sub>O → Na<sub>2</sub>[Zn(OH)<sub>4</sub>]
ZnO полека реагира со масните киселини во маслата за да ги произведе соодветните карбоксилати, како што се олеат или стеарат. Кога се меша со силен воден раствор на цинк хлорид, ZnO формира производи слични на цемент најдобро опишани како цинк хидрокси хлориди. Овој цемент се користел во стоматологијата.
ZnO, исто така, формира материјал сличен на цемент кога се третира со фосфорна киселина; сродни материјали се користат во стоматологијата. Главна компонента на цинк фосфатниот цемент произведен со оваа реакција е хопеит, Zn<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O.
ZnO се распаѓа на цинкова пареа и кислород на околу 1975 °C со стандарден притисок на кислород. Во карботоплинска реакција, загревањето со јаглерод го претвора оксидот во цинкова пареа на многу пониска температура (околу 950 °C).:ZnO + C → Zn<sub>(пареа)</sub> + CO
3 Физички својства
3.1 Структура
Цинк оксидот се кристализира во две главни форми, шестаголен вурцит и кубен цинкбленд. Структурата на вурцит е најстабилна при амбиентални услови и затоа е најчеста. Формата на цинкбленд може да се стабилизира со одгледување на ZnO на подлоги со кубна решеткаста структура. Во двата случаи, центрите на цинк и оксид се тетраедарски, најкарактеристичната геометрија за Zn(II). ZnO се претвора во мотив на камена сол при релативно високи притисоци околу 10 GPa. Многубројните извонредни медицински својства на кремите што содржат ZnO може да се објаснат со неговата еластична мекост, што е карактеристично за тетраедарските координирани бинарни соединенија блиску до преминот кон октаедарски структури.
Шестаголните и цинкблендните полиморфи немаат инверзивна симетрија (одразот на кристал во однос на која било дадена точка не го трансформира во самиот себе). Ова и другите својства на симетрија на решетката резултираат со пиезоелектрицитет на шестаголниот и цинкблендот ZnO и пироелектрицитет на шестоаголниот ZnO.
Шестоаголната структура има точковна група 6 mm (Hermann–Mauguin нотација) или C<sub>6v</sub> (Schoenflies нотација), а просторна група е P6<sub>3</sub>mc или C<sub>6v</sub><sup>4</sup>. Константите на решетката се ''a'' = 3.25 Å и ''c'' = 5.2 Å; нивен сооднос ''c/a'' ~ 1,60 е блиску до идеалната вредност за шестаголна ќелија ''c/a'' = 1.633. Како и кај повеќето материјали од групата II-VI, врзувањето во ZnO ​​е главно јонско (Zn<sup>2+</sup>O<sup>2−</sup>) со соодветните радиуси од 0,074 nm за Zn<sup>2+</sup> и 0,140 nm за O<sup>2−</sup>. Ова својство е одговорно за преференцијалното формирање на структурата на вурцит наместо цинкова мешавина, како и за силниот пиезоелектрицитет на ZnO. Поради поларните врски Zn−O, рамнините на цинкот и кислородот се електрично наполнети. За да се одржи електричната неутралност, тие рамнини се реконструираат на атомско ниво во повеќето релативни материјали, но не и во ZnO ​​- неговите површини се атомски рамни, стабилни и не покажуваат реконструкција Сепак, студиите со употреба на вурцоидни структури го објаснија потеклото на површинската плошност и отсуството на реконструкција на површините на ZnO вурцит како додаток на потеклото на полнежите на рамнините на ZnO.
3.2 Механички својства
ZnO е полупроводник со јаз со широк опсег од II-VI полупроводничка група. Природниот допинг на полупроводникот поради празни места на кислород или интерстицијали од цинк е од n-тип.
ZnO е релативно мек материјал со приближна цврстина од 4,5 на Мосовата скала. Неговите еластични константи се помали од оние на релевантните III-V полупроводници, како што е GaN. Високиот топлински капацитет и топлинска спроводливост, малата топлинска експанзија и високата температура на топење на ZnO се корисни за керамиката. Оптичкиот фонон E2 во ZnO ​​покажува невообичаено долг животен век од 133 ps на 10 К.
Помеѓу тетраедрално поврзаните полупроводници, беше наведено дека ZnO има највисок пиезоелектричен тензор, или барем еден споредлив со оној на GaN и AlN. Ова својство го прави технолошки важен материјал за многу пиезоелектрични апликации, кои бараат голема електромеханичка спојка. Затоа, ZnO во форма на тенок слој е еден од најпроучените материјали за резонатори за акустични резонатори со тенок филм.
3.3 Електрични и оптички својства
Поволните својства на цинк оксидот вклучуваат добра проѕирност, висока подвижност на електрони, широк појас и силна луминисценција на собна температура. Тие својства го прават ZnO вреден за различни апликации кои се појавуваат: проѕирни електроди во дисплеи со течни кристали, прозорци за заштеда на енергија или топлина и електроника како транзистори со тенок филм и диоди што емитуваат светлина.
ZnO има релативно голем директен појас од ~ 3,3 eV на собна температура. Предностите поврзани со големиот јаз во опсегот вклучуваат повисоки пробивни напони, способност за одржување на големи електрични полиња, помал електронски шум и работа со висока температура и висока моќност. Појасниот јаз на ZnO може дополнително да се намести на ~ 3–4 eV со негово легирање со магнезиум оксид или кадмиум оксид.
Повеќето ZnO ​​имаат карактер од n-тип, дури и во отсуство на намерен допинг. Нестоихиометријата е типично потеклото на карактерот n-тип, но темата останува контроверзна. Предложено е алтернативно објаснување, врз основа на теоретски пресметки, дека се одговорни ненамерните супституционални водородни нечистотии. Контролиран допинг од n-тип лесно се постигнува со замена на Zn со елементи од групата III како што се Al, Ga, In или со замена на кислородот со елементи од групата VII хлор или јод.
Сигурното допигување од p-тип на ZnO останува тешко. Овој проблем потекнува од ниската растворливост на допингуваните од р-тип и нивната компензација со изобилни нечистотии од n-тип. Овој проблем е забележан со GaN и ZnSe. Мерењето на p-типот во материјалот „суштински“ од n-тип е комплицирано поради нехомогеноста на примероците.
Тековните ограничувања на p-допинг ги ограничуваат електронските и оптоелектронските апликации на ZnO, кои обично бараат спојување на материјал од n-тип и p-тип. Познати допангати од p-тип вклучуваат елементи од групата I Li, Na, K; група-V елементи N, P и As; како и бакар и сребро. Сепак, многу од нив формираат длабоки акцептори и не произведуваат значајна спроводливост од p-тип на собна температура.
Подвижноста на електроните на ZnO силно варира со температурата и има максимум ~2000 cm<sup>2</sup>/(V·s) на 80 K.. Податоците за подвижноста на дупките се ретки со вредности во опсег од 5–30 cm<sup>2</sup>/(V·s).
Дисковите со ZnO, кои делуваат како варистор, се активниот материјал во повеќето одводници на пренапони.
Цинк оксидот е познат по своите силно нелинеарни оптички својства, особено во најголемиот дел. Нелинеарноста на наночестичките ZnO може фино да се прилагоди според нивната големина.
4 Производтсво
За индустриска употреба, ZnO се произведува на нивоа од 105 тони годишно со три главни процеси:
4.1 Индиректен процес
Во индиректниот или францускиот процес, металниот цинк се топи во графитна садница и испарува на температури над 907 °C (обично околу 1000 °C). Пареата на цинкот реагира со кислородот во воздухот и дава ZnO, придружено со пад на неговата температура и сјајна луминисценција. Честичките од цинк оксид се транспортираат во канал за ладење и се собираат во торбичка. Овој индиректен метод беше популаризиран од ЛеКлер (Франција) во 1844 година и затоа е општо познат како француски процес. Неговиот производ вообичаено се состои од агломерирани честички од цинк оксид со просечна големина од 0,1 до неколку микрометри. По тежина, најголемиот дел од цинк оксидот во светот се произведува преку француски процес.
4.2 Директен процес
Директниот или американскиот процес започнува со разновидни контаминирани композити на цинк, како што се цинкови руди или нуспроизводи од топилницата. Претходниците на цинкот се редуцираат (карботермална редукција) со загревање со извор на јаглерод како што е антрацит за да се произведе цинкова пареа, која потоа се оксидира како во индиректниот процес. Поради помалата чистота на изворниот материјал, финалниот производ е исто така со послаб квалитет во директниот процес во споредба со индиректниот.
4.3 Влажен хемиски процес
Мала количина на индустриско производство вклучува влажни хемиски процеси, кои започнуваат со водени раствори на цинкови соли, од кои се таложи цинк карбонат или цинк хидроксид. Цврстиот талог потоа се калцинира на температури околу 800 °C.
4.4 Лабораториска синтеза
Постојат бројни специјализирани методи за производство на ZnO за научни студии и нишани апликации. Овие методи може да се класифицираат според добиената форма на ZnO (рефус, тенок филм, наножица), температура („ниска“, која е блиску до собна температура или „висока“, односно T ~ 1000 °C), тип на процес (таложење на пареа или раст од раствор) и други параметри.
Големи единечни кристали (многу кубни сантиметри) може да се одгледуваат со транспорт на гас (таложење во фаза на пареа), хидротермална синтеза, или раст со топење. Меѓутоа, поради високиот парен притисок на ZnO, растот со топењето е проблематичен. Растот со транспорт на гас е тешко да се контролира, оставајќи го хидротермалниот метод како предност. Тенките фолии може да се произведат со хемиско таложење на пареа, металорганска епитаксија на парна фаза, електроталожење, импулсно ласерско таложење, распрскување, синтеза на сол-гел, таложење на атомски слој, пиролиза со прскање итн.
Обичен бел прашок цинк оксид може да се произведе во лабораторија со електролиза на раствор од натриум бикарбонат со цинкова анода. Се произведуваат цинк хидроксид и водороден гас. Цинк хидроксидот при загревање се распаѓа на цинк оксид:
: Zn + 2 H<sub>2</sub>O → Zn(OH)<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>: Zn(OH)<sub>2</sub> → ZnO + H<sub>2</sub>O
4.5 Наноструктури на ZnO
Наноструктурите на ZnO може да се синтетизираат во различни морфологии, вклучувајќи наножици, нанопрачки, тетраподи, нанопојаси, наноцвети, наночестички итн. Наноструктурите може да се добијат со повеќето горенаведени техники, при одредени услови, како и со методот пареа-течност-цврсто. Синтезата вообичаено се изведува на температури од околу 90 °C, во еквимоларен воден раствор на цинк нитрат и хексамин, а вториот ја обезбедува базната средина. Одредени адитиви, како што се полиетилен гликол или полиетиленимин, можат да го подобрат односот на страниците на наножиците ZnO. Допингот на наножиците ZnO е постигнат со додавање на други метални нитрати во растворот за раст. Морфологијата на добиените наноструктури може да се прилагоди со менување на параметрите кои се однесуваат на составот на претходниците (како што се концентрацијата на цинк и pH) или топлинскиот третман (како што се температурата и стапката на загревање).
Порамнетите наножици ZnO на претходно засадени супстрати од силициум, стакло и галиум нитрид се одгледувани со користење на водени соли на цинк како што се цинк нитрат и цинк ацетат во базни средини. Подлогите пред сеење со ZnO ​​создаваат места за хомогена нуклеација на кристалот ZnO за време на синтезата. Вообичаените методи за предсеење вклучуваат in situ топлинско разложување на кристалитите на цинк ацетат, спинобложување на наночестичките на ZnO и употреба на методи на физичко таложење на пареа за таложење на тенки филмови со ZnO. Пред-сеењето може да се изврши заедно со методите за шаблони одозгора надолу, како што се литографија со електронски сноп и литографија на наносфера за да се назначат местата на нуклеација пред растот. Порамнетите наножици ZnO може да се користат во сончеви ќелии осетливи на боја и уреди за емисии на терен.
5 Употреба
Примените на прашокот на цинк оксид се многубројни, а главните се сумирани подолу. Повеќето апликации ја користат реактивноста на оксидот како претходник на други соединенија на цинк. За примени во науката за материјали, цинк оксидот има висок индекс на рефракција, висока топлинска спроводливост, врзувачки, антибактериски и UV-заштитни својства. Последователно, се додава во материјали и производи, вклучувајќи пластика, керамика, стакло, цемент, ума, лубриканти, бои, масти, лепила, заптивки, производство на бетон, пигменти, храна, батерии, ферити, противпожарни средства, итн.
5.1 Индустрија на гума
Помеѓу 50 % и 60 % од употребата на ZnO е во индустријата за гума. Цинк оксидот заедно со стеаринската киселина се користи во вулканизацијата на гума со сулфур. Адитивите ZnO исто така ја штитат гумата од габи (види медицински апликации) и УВ светлина.
5.2 Керамичка индустрија
Керамичката индустрија троши значителна количина на цинк оксид, особено во керамичките композиции за глазура и фрит. Релативно високиот топлински капацитет, топлинската спроводливост и високата температурна стабилност на ZnO заедно со релативно низок коефициент на експанзија се пожелни својства во производството на керамика. ZnO влијае на точката на топење и оптичките својства на глазурите, емајлите и керамичките формулации. Цинк оксидот како секундарен флукс со мала експанзија ја подобрува еластичноста на глазурите со намалување на промената на вискозноста како функција на температурата и помага да се спречи лудило и треперење. Со замена на ZnO за BaO и PbO, топлинскиот капацитет се намалува и топлинската спроводливост се зголемува. Цинкот во мали количини го подобрува развојот на сјајни и сјајни површини. Меѓутоа, во умерени до високи количини, тој произведува мат и кристални површини. Во однос на бојата, цинкот има комплицирано влијание.
5.3 Лек
Цинк оксидот како мешавина со околу 0,5 % железо(III) оксид (Fe2O3) се нарекува каламин и се користи во лосион за каламин. Историски каламин е мешавина од минералните форми на овие оксиди, цинцит и хемиморфит. Кога се меша со еугенол, се формира цинк оксид еугенол, кој има примена како ресторативно и протетонско средство во стоматологијата.
Цинк оксидот во прав има дезодорирачки и антибактериски својства. се додава во памучна ткаенина, гума, производи за орална нега, и пакување храна. Засилено антибактериско дејство на фините честички во споредба со масовниот материјал не е ексклузивно за ZnO и е забележано за други материјали, како што е среброто. Ова својство произлегува од зголемената допирна површина на фините честички.
Цинк оксидот се користи во производите за миење уста и пастите за заби како антибактериски агенс предложен за спречување на формирање на наслаги и забен камен, и за контрола на лошиот здив со намалување на испарливите гасови и испарливите сулфурни соединенија (VSC) во устата. Заедно со цинк оксид или цинкови соли, овие производи најчесто содржат и други активни состојки, како што се цетилпиридиниум хлорид, ксилитол, хинокитиол, есенцијални масла и растителни екстракти.
Цинк оксидот е широко користен за лекување на различни кожни состојби, вклучувајќи атопичен дерматитис, контактен дерматитис, чешање поради егзема, пелена осип и акни. Се користи во производи како што се детска пудра и бариерни креми за лекување на осип на пелени, крем од каламин, шампони против првут и антисептички масти. Често се комбинира со рицинусово масло за да се формира омекнувачки и адстрингентно крем, цинк и рицинусово масло, најчесто користен за лекување на доенчиња.
Тоа е, исто така, компонента во лентата (наречена „лента со цинк оксид“) што ја користат спортистите како завој за да се спречи оштетување на меките ткива за време на тренинзите. Цинк оксидот исто така често се додава во кремите за сончање.
Цинк оксидот може да се користи во масти, креми и лосиони за заштита од изгореници од сонце и други оштетувања на кожата предизвикани од ултравиолетова светлина (види крема за сончање). Тоа е апсорберот на UVA и UVB со најширок спектар кој е одобрен за употреба како крема за сончање од страна на американската Администрација за храна и лекови (FDA), и е целосно фотостабилен. Кога се користи како состојка во кремот за сончање, цинк оксидот ги блокира и UVA (320-400 nm) и UVB (280-320 nm) зраците на ултравиолетова светлина. Цинк оксидот и другиот најчест физички крем за сончање, титан диоксид, се сметаат за неиритирачки, неалергенски и некомедогени. Меѓутоа, цинкот од цинк оксид малку се апсорбира во кожата.
Многу креми за сончање користат наночестички на цинк оксид (заедно со наночестички од титан диоксид), бидејќи таквите мали честички не ја расфрлаат светлината и затоа не изгледаат бели. Наночестичките не се апсорбираат во кожата повеќе од честичките на цинк оксид со редовна големина и се апсорбираат само во најнадворешниот слој на кожата, но не и во телото.
5.4 Додаток за храна
Цинк оксидот се додава во многу прехранбени производи, вклучувајќи ги и житариците за појадок, како извор на цинк, неопходна хранлива материја. (Цинк сулфатот исто така се користи за истата намена.) Некои преспакувани намирници исто така содржат траги на ZnO дури и ако не е наменет како хранлива материја
5.5 Пигмент
Цинк оксидот (цинк бел) се користи како пигмент во боите и е понепроѕирен од литопонот, но помалку непроѕирен од титан диоксид. Се користи и во облоги за хартија. Кинеското бело е специјална оценка на цинк бело што се користи во пигментите на уметниците. Употребата на белата боја на цинк како пигмент во сликарството во масло започнала во средината на 18 век. Делумно го замени отровното олово бело и го користеле сликари како што се Беклин, Ван Гог, Мане, Мунк и други. Тоа е исто така главна состојка на минералната шминка (CI 77947).
5.6 UV апсорбер
Микронизираниот и нано-размерниот цинк оксид обезбедува силна заштита од UVA и UVB ултравиолетово зрачење, и последователно се користат во креми за сончање, и во очила за сонце што блокираат UV за употреба во вселената и за заштита при заварување, по истражувањето на научниците од Jet Погонска лабораторија (JPL).
5.7 Облоги
Боите кои содржат цинк оксид во прав долго време се користат како антикорозивни премази за метали. Тие се особено ефикасни за галванизирано железо. Железото е тешко да се заштити бидејќи неговата реактивност со органски облоги доведува до кршливост и недостаток на адхезија. Боите со цинк оксид ја задржуваат својата флексибилност и прилепување на такви површини долги години.
ZnO високо n-тип на допинг со алуминиум, галиум или индиум е транспарентен и спроводлив (проѕирност ~ 90 %, најниска отпорност ~10<sup>−4</sup> Ω·cm). ZnO:Al премазите се користат за заштеда на енергија или за заштита на топлина прозорци. Облогата го пропушта видливиот дел од спектарот, но или го рефлектира инфрацрвеното (IR) зрачење назад во просторијата (заштеда на енергија) или не го пушта IR зрачењето во просторијата (заштита од топлина), во зависност од која страна на прозорецот има облогата.
Пластиката, како што е полиетилен нафталат (PEN), може да се заштити со нанесување облога со цинк оксид. Облогата ја намалува дифузијата на кислород преку PEN. Слоевите од цинк оксид може да се користат и на поликарбонат во апликации на отворено. Облогата го штити поликарбонатот од сончево зрачење и ја намалува неговата стапка на оксидација и фото-пожолтување.
5.8 Спречување на корозија во јадрени реактори
Цинк оксид осиромашен во <sup>64</sup>Zn (изотоп на цинк со атомска маса 64) се користи за спречување на корозија во јадрени реактори за вода под притисок. Исцрпувањето е неопходно, бидејќи <sup>64</sup>Zn се трансформира во радиоактивен <sup>65</sup>Zn под зрачење од неутроните на реакторот.
5.9 Реформирање на метан
Цинк оксидот (ZnO) се користи како чекор на предтретман за отстранување на водород сулфид (H<sub>2</sub>S) од природниот гас по хидрогенизација на сите сулфурни соединенија пред реформатор на метан, што може да го отруе катализаторот. На температури помеѓу околу 230–430 °C (446–806 °F), H<sub>2</sub>S се претвора во вода со следнава реакција::H<sub>2</sub>S + ZnO → H<sub>2</sub>O + ZnS
5.10 Електроника
ZnO има широк директен појас (3,37 eV или 375 nm на собна температура). Затоа, неговите најчести потенцијални апликации се во ласерски диоди и диоди што емитуваат светлина (LED). Покрај тоа, ултрабрзи нелинеарности и фотоспроводливи функции се пријавени во ZnO. Некои оптоелектронски апликации на ZnO се преклопуваат со онаа на GaN, која има сличен јаз на опсегот (~ 3,4 eV на собна температура). Во споредба со GaN, ZnO има поголема енергија на врзување на ексцитон (~ 60 meV, 2,4 пати од топлинската енергија на собна температура), што резултира со светла емисија на собна температура од ZnO. ZnO може да се комбинира со GaN за LED-апликации. На пример, проѕирниот спроводлив оксиден слој и наноструктурите на ZnO обезбедуваат подобро спојување на светлината. Други својства на ZnO поволни за електронски апликации вклучуваат неговата стабилност на високо-енергетско зрачење и неговата способност да се обликува со влажно хемиско гравирање. Отпорот на радијација го прави ZnO соодветен кандидат за вселенски апликации. ZnO е најперспективниот кандидат во полето на случајни ласери за производство на електронски пумпан УВ ласерски извор.
Зашилените врвови на нанопрачките ZnO резултираат со силно засилување на електричното поле. Затоа, тие можат да се користат како емитери на поле.
Како проѕирни електроди се користат алуминиумски допингувани ZnO слоеви. Компонентите Zn и Al се многу поевтини и помалку токсични во споредба со општо користениот индиум кал оксид (ITO). Една апликација која почна да биде комерцијално достапна е употребата на ZnO како преден контакт за сончеви ќелии или екрани со течни кристали.
Транспарентни транзистори со тенок слој (TTFT) може да се произведуваат со ZnO. Како транзистори со ефект на поле, не им треба p-n спој, со што се избегнува проблемот со допинг од p-тип на ZnO. Некои од транзисторите со ефект на поле дури користат нанопрачки ZnO како спроводни канали.
5.11 Сензор на нанопрачка од цинк оксид
Сензорите за нано-прачка од цинк оксид се уреди кои откриваат промени во електричната струја што минува низ наножиците од цинк оксид поради адсорпција на молекули на гас. Селективноста на водородниот гас беше постигната со распрскување на кластери на паладиум на површината на нанорачката. Се чини дека додавањето на паладиум е ефикасно во каталитичката дисоцијација на молекулите на водород во атомски водород, зголемувајќи ја чувствителноста на уредот со сензор. Сензорот детектира концентрации на водород до 10 делови на милион на собна температура, додека нема одговор на кислород. ZnO се користи како слоеви за имобилизација во имуносензорите што овозможуваат дистрибуција на антитела низ целиот регион испитан со мерното електрично поле кое се применува на микроелектродите.
5.12 Пиезоелектрицитет
Се покажа дека пиезоелектрицитетот во текстилните влакна обложени со ZnO ​​е способен за производство на „самонапојувани наносистеми“ со секојдневен механички стрес од ветрот или движењата на телото.
Во 2008 година, Центарот за карактеризација на наноструктурата при Технолошкиот институт Џорџија објави дека произведува уред за генерирање електрична енергија (наречен генератор на флексибилна пумпа за полнење) кој испорачува наизменична струја со истегнување и ослободување на наножици од цинк оксид. Овој мини-генератор создава осцилирачки напон до 45 миливолти, претворајќи близу седум проценти од применетата механичка енергија во електрична енергија. Истражувачите користеле жици со должина од 0,2-0,3 mm и дијаметар од три до пет микрометри, но уредот можел да се намали на помала големина.
Во форма на тенок филм, ZnO е демонстриран во минијатуризирани високофреквентни резонатори, сензори и филтри.
5.13 Li-јон батерија и суперкондензатори
ZnO е ветувачки аноден материјал за литиум-јонска батерија бидејќи е евтин, биокомпатибилен и еколошки. ZnO има поголем теоретски капацитет (978 mAh g<sup>−1</sup>) од многу други оксиди на преодни метали како што се CoO (715 mAh g<sup>−1</sup>), NiO (718 mAh g<sup>−1</sup>) и CuO (674 mAh g<sup>−1</sup>). ZnO се користи и како електрода во суперкондензаторите.
6 Безбедност
Како додаток на храна, цинк оксидот е на списокот на општо признати како безбедни или GRAS супстанции на FDA на САД.
Самиот цинк оксид е нетоксичен; опасно е, сепак, да се вдишуваат пареи од цинк оксид, како што се создаваат кога цинкот или легурите на цинкот се топат и оксидираат на висока температура. Овој проблем се јавува при топење на легури кои содржат месинг бидејќи точката на топење на месинг е блиску до точката на вриење на цинкот. Изложеноста на цинк оксид во воздухот, која исто така се јавува при заварување на галванизиран (цинкован) челик, може да резултира со болест наречена треска од метални испарувања. Поради оваа причина, обично поцинкуваниот челик не се заварува, или прво се отстранува цинкот.
Во кремите за сончање, формулации кои комбинираа цинк оксид со други петрохемиски UV апсорбери, беше откриено дека цинк оксидот предизвикува фотодеградација на мали молекули петрохемиски UV апсорбери, кои покажаа токсичност во анализите на ембрионската зебра риба.
7 Цитирани извори
*