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Ossido di zinco puroè una sostanza inorganica con la formula chimica di ZnO, polvere bianca o cristallo esagonale. È inodore, insapore e senza sabbia. Diventa giallo quando riscaldato e diventa nuovamente bianco dopo il raffreddamento e sublima quando riscaldato a 1800 gradi. Il potere coprente è la metà di quello del biossido di titanio e del solfuro di zinco. Il potere colorante è doppio rispetto al carbonato basico di piombo. È un ossido di zinco. È insolubile in acqua, solubile in acidi e basi forti. L'ossido di zinco è un additivo chimico comune, ampiamente utilizzato nella produzione di plastica, prodotti ai silicati, gomma sintetica, olio lubrificante, rivestimenti di vernice, unguenti, adesivi, alimenti, batterie, ritardanti di fiamma e altri prodotti. L'ossido di zinco ha un ampio gap di banda energetica ed energia legante gli eccitoni, elevata trasparenza ed eccellenti prestazioni di luminescenza a temperatura ambiente. È ampiamente utilizzato nei display a cristalli liquidi, nei transistor a film sottile, nei diodi emettitori di luce-e in altri prodotti nel campo dei semiconduttori. Inoltre, anche le micro-particelle di ossido di zinco come nano-materiale hanno iniziato a svolgere un ruolo in campi correlati.
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Formula chimica |
OZn |
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Messa esatta |
80 |
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Peso Molecolare |
81 |
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m/z |
80 (100.0%), 82 (57.4%), 84 (38.6%), 83 (8.4%), 86 (1.3%) |
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Analisi elementare |
O, 19,66; Zn, 80.34 |
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Ossido di zinco puroesiste principalmente sotto forma di polvere bianca o minerale di zinco rosso. La piccola quantità di impurità come il manganese nel minerale di zinco rosso fa apparire il minerale giallo o rosso. Quando i cristalli di ossido di zinco vengono riscaldati, una piccola quantità di atomi di ossigeno trabocca (0,007% del numero totale di atomi di ossigeno trabocca a 800 gradi C), facendo apparire la sostanza gialla. Quando la temperatura scende, il cristallo ritorna bianco.
(1) Industria della gomma
Utilizzato nell'industria della gomma o dei cavi come agente vulcanizzante, agente rinforzante e agente colorante per gomma naturale, gomma sintetica e lattice, per conferire alla gomma buona resistenza alla corrosione, resistenza allo strappo ed elasticità. L'agente colorante e il riempitivo della gomma bianca vengono utilizzati come agenti vulcanizzanti nella gomma cloroprene e quelli con particelle piccole (di dimensioni circa 0,1 μ m) possono essere utilizzati come stabilizzanti alla luce per materie plastiche come poliolefine o cloruro di polivinile. La conduttività termica della tipica gomma siliconica pura è relativamente bassa; Aggiungendo polvere termoconduttiva ZnO, è possibile migliorare la conduttività termica della gomma siliconica mantenendone l'elevata resistenza. Anche con contenuti di riempimento relativamente bassi, l’aggiunta di riempitivi su scala nanometrica può raggiungere un’elevata conduttività termica. Tuttavia, a causa della debole interazione tra la superficie delle nanoparticelle e dei polimeri, le nanoparticelle di ZnO tendono ad aggregarsi insieme e a formare particelle di grandi-dimensioni nella matrice polimerica, il che influisce sulle proprietà meccaniche della gomma.
(2) Industria tessile
Per quanto riguarda i rivestimenti tessili, i tessuti impermeabili e auto-pulenti hanno applicazioni commerciali promettenti nell'uso militare e quotidiano. I tessuti autopulenti e impermeabili aiutano a prevenire le macchie sugli indumenti e proteggono il corpo dai dannosi raggi UV della luce solare. Inoltre, i rivestimenti nanostrutturati in ZnO sono più traspiranti ed efficaci come bloccanti UV rispetto ai loro omologhi.
(3) Industria farmaceutica e cosmetica
L'ossido di zinco è utilizzato in odontoiatria, principalmente come ingrediente nel dentifricio e anche come otturazione temporanea. Lo ZnO viene utilizzato anche in vari tipi di prodotti nutrizionali e integratori alimentari per fornire zinco alimentare essenziale. L'uso di nanoparticelle di ZnO nella protezione solare contiene formulazioni viscose che non sono facili da applicare sulla pelle e non sono attraenti in termini di bellezza. Poiché possono assorbire le radiazioni ultraviolette, questi prodotti iniziarono ad essere utilizzati nelle creme per il viso. L'ossido di zinco può essere utilizzato anche come pasta per restauri dentali.
(4) Industria catalitica
Le coppie di lacune elettroniche vengono generate al di sotto dell'intensità della luce attraverso reazioni di ossidazione o riduzione che si verificano sulla superficie del catalizzatore. In presenza di fotocatalizzatori, gli inquinanti organici possono essere ossidati direttamente attraverso buchi fotogenerati o indirettamente ossidati attraverso reazioni con specie reattive dell'ossigeno (ROS). I catalizzatori comuni includono ZnO, che può mostrare attività fotocatalitica al di sotto dell'intensità della luce ultravioletta. ZnO ha scarsa stabilità e bassa sensibilità alla fotocorrosione. Tuttavia, l'ossido di zinco fornisce una migliore stabilità, una migliore cristallinità e difetti più piccoli. L'aggiunta di altri componenti può migliorare ulteriormente l'attività fotocatalitica di ZnO ed espandere la gamma spettrale visibile dell'ossido di zinco.
(5) Industria elettronica
L'ossido di zinco è un nuovo importante tipo di semiconduttore con ampie applicazioni nei campi dell'elettronica e dell'ingegneria elettrica. La sua ampia banda di energia (3,37 eV) e l'elevata energia di legame (60 meV) a temperatura ambiente fanno sì che l'ossido di zinco possa essere utilizzato in dispositivi optoelettronici ed elettronici, dispositivi che emettono onde acustiche superficiali, emettitori di campo, sensori, laser ultravioletti e celle solari.
(6) Altri campi
I catalizzatori e i desolforatori di sintesi organica vengono utilizzati come matrici per reagenti analitici, reagenti di riferimento, agenti fluorescenti e materiali fotosensibili.
Nell'industria dei fertilizzanti, il gas grezzo viene utilizzato per la desolforazione di precisione nella sintesi di ammoniaca, petrolio, desolforazione chimica del gas grezzo del gas naturale e processi di desolforazione e purificazione profonda di gas grezzo industriale e petrolio come la produzione di metanolo e idrogeno.
Utilizzato per la copiatura elettrostatica a umido, la stampa a trasferimento a secco, la comunicazione fax laser, la registrazione elettrostatica di computer elettronici e file per la produzione di lastre elettrostatiche.
Utilizzato nell'industria della plastica, prodotti della serie di cosmetici per la protezione solare, prodotti ceramici speciali, rivestimenti funzionali speciali e lavorazione igienica dei tessuti.
Prodotto farmaceutico, utilizzato come astringente, per preparare unguenti, paste di zinco e paste di gomma.
Utilizzato come pigmento bianco, il suo potere colorante è inferiore a quello del biossido di titanio e del litopone. Utilizzato per colorare resina ABS, polistirolo, resina epossidica, resina fenolica, resina amminica, cloruro di polivinile, nonché vernici e inchiostri. Utilizzato per la produzione di pigmenti come giallo cromo di zinco, acetato di zinco, carbonato di zinco, cloruro di zinco, ecc.
Produzione di materiali laser elettronici, fosfori, catalizzatori e materiali magnetici.
Viene utilizzato anche nella produzione di tessuti laccati, cosmetici, smalti, pelle, ecc.
Utilizzato per la stampa e la tintura, la fabbricazione della carta, i fiammiferi, l'industria farmaceutica, l'industria del vetro, ecc.
L'ossido di zinco è un fortificante nutriente per mangimi adatto all'uso come integratore di zinco nella lavorazione dei mangimi.
Gli esseri umani hanno imparato a usareossido di zinco purocome rivestimento o medicinale esterno per lungo tempo, ma la storia della scoperta dell'ossido di zinco è difficile da ricostruire.
i romani avevano già imparato a produrre l'ottone facendo reagire il rame con minerale di zinco contenente ossido di zinco. L'ossido di zinco viene convertito in vapore di zinco in un forno verticale e fatto rotolare nella canna fumaria per la reazione. Anche Dioscoride lo introdusse.
Gli indiani acquisirono familiarità con lo zinco e i minerali di zinco e iniziarono a fondere lo zinco in modi primitivi. La tecnologia di fusione dello zinco fu introdotta in Cina nel XVII secolo.
L’Inghilterra fondò il primo impianto di fusione dello zinco in Europa.
dapprima divenne un pigmento da acquerello, ma è difficile da sciogliere nell'olio. Tuttavia, il problema fu presto risolto dal nuovo processo di produzione dell’ossido di zinco.
Leclerc iniziò la produzione in serie di pittura ad olio bianco zinco a Parigi
l'ossido di zinco divenne popolare in tutta Europa.
la purezza dell'ossido di zinco era così elevata che alcuni artisti coprivano i loro dipinti con bianco di zinco come colore di base, ma questi dipinti presentavano crepe dopo cento anni.
l'ossido di zinco era utilizzato principalmente nell'industria della gomma.
il secondo utilizzo più grande dell'ossido di zinco è stato come additivo per la carta per fotocopie, ma nel 21° secolo la pratica di utilizzare l'ossido di zinco come additivo per la carta per fotocopie è stata gradualmente eliminata.
Il gruppo di ricerca guidato dal professor Shouhiko Nakamura dell'Università di Shimane ha sintetizzato particelle di ossido di zinco con un diametro di circa 10 nanometri e le ha trattate con tecniche speciali per conferire loro proprietà fluorescenti. Questo tipo di nanoparticelle emette luce in modo relativamente stabile e può durare più di 24 ore, ma il suo costo di produzione è inferiore all’1% di quello della proteina fluorescente verde.
i ricercatori hanno nutrito topi sperimentali con una proteina contenente questa particella e sono riusciti a catturare immagini della particella che emetteva luce all'interno del corpo dei topi.
L'Università di Shimane in Giappone ha annunciato lo sviluppo di una nanoparticella di ossido di zinco in grado di emettere fluorescenza sotto irradiazione luminosa. La sua luminescenza è stabile e sicura e può essere applicata in-campi medici all'avanguardia.
Efficienza della protezione solare dell'ossido di zinco puro: il tasso di diffusione UV di ZnO con dimensioni delle particelle di 20 nm è 1,7 volte quello di TiO2
L'efficienza di diffusione UV di ZnO con dimensioni delle particelle di 20 nm è significativamente migliore di quella di TiO ₂
Secondo la teoria della diffusione della luce e i dati sperimentali dei nanomateriali, quando la dimensione delle particelle di ossido di zinco (ZnO) e biossido di titanio (TiO ₂) è entrambe di 20 nm, il tasso di diffusione ultravioletta (UV) di ZnO può raggiungere 1,7 volte quello di TiO ₂. Questa differenza è dovuta al grado di corrispondenza dell’indice di rifrazione, della dimensione delle particelle e della lunghezza d’onda della luce tra i due, nonché all’effetto superficiale delle nanoparticelle. Nello specifico si manifesta come:
Differenza dell'indice di rifrazione
L'indice di rifrazione dello ZnO è 2,03, mentre quello del TiO 2 (tipo rutilo) è 2,71. Sebbene TiO₂ abbia un indice di rifrazione più elevato, ZnO ha una migliore efficienza di diffusione per UVA (320-400 nm) e UVB (280-320 nm) con una dimensione delle particelle di 20 nm. Questo perché la sua dimensione delle particelle corrisponde più da vicino alla lunghezza d'onda della luce ultravioletta, il che è conforme alla legge della teoria dello scattering di Mie secondo cui "l'efficienza di scattering è massima quando il rapporto tra dimensione delle particelle e lunghezza d'onda è vicino a 0,1".
Gamma di copertura spettrale
ZnO ha un tasso di schermatura superiore al 95% per i raggi UVA e copre la maggior parte dei raggi UVA a onda lunga (380-400 nm), mentre TiO ₂ si concentra maggiormente sui raggi UVB e UVA a onda corta (320-350 nm). 20 nm ZnO raggiunge un'efficiente diffusione della radiazione ultravioletta attraverso l'intero intervallo di lunghezze d'onda attraverso la tecnologia di dispersione uniforme.
Trasmissione della luce visibile
ZnO da 20 nm raggiunge un'elevata schermatura UV mantenendo una trasmissione della luce visibile superiore all'85%, evitando il problema dello "sbiancamento" dei tradizionali filtri solari fisici e migliorando l'esperienza dell'utente.
Principio tecnico: effetto sinergico delle dimensioni delle nanoparticelle e della diffusione della luce
Teoria della diffusione di Mie
Quando il rapporto tra la dimensione delle nanoparticelle (d) e la lunghezza d'onda della luce incidente (λ) (d/λ) si avvicina a 0,1, l'efficienza di diffusione raggiunge il suo picco. Per UVA (lambda ≈ 350 nm) e UVB (lambda ≈ 300 nm), ZnO con una dimensione delle particelle di 20 nm (d/lambda ≈ 0,057-0,067) è più vicino al rapporto ottimale, mentre TiO ₂ (d/lambda ≈ 0,043-0,067) ha un'efficienza maggiore nella banda delle lunghezze d'onda corte ma significativa attenuazione nella banda delle lunghezze d'onda lunghe.
Effetto superficiale e disperdibilità
Lo ZnO da 20 nm riduce l'agglomerazione attraverso la tecnologia di rivestimento superficiale (come lo spessore dello strato di rivestimento Al ₂ O ∝ di 2-5 nm) e il tasso di attenuazione dell'efficienza fotocatalitica diminuisce dal 30%/100 ore all'8%/100 ore, garantendo stabilità a lungo termine. Il dosaggio del disperdente è ridotto del 50% e la velocità di sedimentazione è ridotta a 0,01 mm/h (processo tradizionale 0,5 mm/h), migliorando significativamente l'uniformità della protezione solare.
Prestazioni di schermatura multidimensionale
Schermatura UVA: ZnO a 20 nm ha un tasso di schermatura superiore al 95% per i raggi UVA, coprendo l'intero intervallo di lunghezze d'onda di 320-400 nm, particolarmente migliore del TiO ₂ per i raggi UVA a onde lunghe (380-400 nm).
Schermatura UVB: il TiO₂ ha un assorbimento più forte nella banda UVB (280-320 nm), ma ZnO può compensare questo divario utilizzando alte concentrazioni (5-25%), evitando le reazioni fotocatalitiche che il TiO₂ può causare (generando radicali liberi che danneggiano la pelle).
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