Óxido de zinc puroes una sustancia inorgánica con la fórmula química de ZnO, polvo blanco o cristal hexagonal. Es inodoro, insípido y sin arena. Se vuelve amarillo cuando se calienta, se vuelve blanco nuevamente después de enfriarse y se sublima cuando se calienta a 1800 grados. El poder cubriente es la mitad que el del dióxido de titanio y el sulfuro de zinc. El poder colorante es el doble que el del carbonato de plomo básico. Es un óxido de zinc. Es insoluble en agua, soluble en ácidos y bases fuertes. El óxido de zinc es un aditivo químico común, ampliamente utilizado en la producción de plásticos, productos de silicato, caucho sintético, aceite lubricante, revestimientos de pintura, ungüentos, adhesivos, alimentos, baterías, retardantes de llama y otros productos. El óxido de zinc tiene una gran banda prohibida de energía y energía de unión de excitones, alta transparencia y un excelente rendimiento de luminiscencia a temperatura ambiente. Se utiliza ampliamente en pantallas de cristal líquido, transistores de película delgada, -diodos emisores de luz y otros productos en el campo de los semiconductores. Además, las micro-partículas de óxido de zinc como nano-material también comenzaron a desempeñar un papel en campos relacionados.
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Fórmula química |
OZn |
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Masa exacta |
80 |
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Peso molecular |
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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Análisis elemental |
O, 19,66; Zn, 80,34 |
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Óxido de zinc puroExiste principalmente en forma de polvo blanco o mineral de zinc rojo. La pequeña cantidad de impurezas como el manganeso en el mineral de zinc rojo hace que el mineral parezca amarillo o rojo. Cuando se calientan cristales de óxido de zinc, una pequeña cantidad de átomos de oxígeno se desborda (0,007% del número total de átomos de oxígeno se desborda a 800 grados C), lo que hace que la sustancia se vea amarilla. Cuando la temperatura baja, el cristal vuelve a ser blanco.
(1) Industria del caucho
Se utiliza en la industria del caucho o del cable como agente vulcanizante, agente de refuerzo y agente colorante para caucho natural, caucho sintético y látex, para darle al caucho buena resistencia a la corrosión, resistencia al desgarro y elasticidad. El agente colorante y la carga de caucho blanco se usan como agentes vulcanizantes en caucho de cloropreno, y aquellos con partículas pequeñas (de aproximadamente 0,1 μm de tamaño) se pueden usar como estabilizadores de luz para plásticos como poliolefinas o cloruro de polivinilo. La conductividad térmica del caucho de silicona puro típico es relativamente baja; Al agregar polvo conductor térmico de ZnO, se puede mejorar la conductividad térmica del caucho de silicona manteniendo su alta resistencia. Incluso con contenidos de relleno relativamente bajos, la adición de rellenos a nanoescala puede lograr una alta conductividad térmica. Sin embargo, debido a la débil interacción entre la superficie de las nanopartículas y los polímeros, las nanopartículas de ZnO tienden a agregarse y formar partículas de gran-tamaño en la matriz polimérica, lo que afecta las propiedades mecánicas del caucho.
(2) Industria textil
En el caso de los revestimientos textiles, los textiles impermeables y{0}}autolimpiantes tienen aplicaciones comerciales prometedoras en el uso militar y diario. Los textiles autolimpiantes e impermeables ayudan a prevenir manchas en la ropa y protegen el cuerpo de los dañinos rayos UV de la luz solar. Además, los recubrimientos nanoestructurados de ZnO son más transpirables y eficaces como bloqueadores de rayos UV en comparación con sus homólogos.
(3) Industria farmacéutica y cosmética
El óxido de zinc se utiliza en odontología, principalmente como ingrediente en pastas dentales y también como empaste temporal. El ZnO también se utiliza en varios tipos de productos nutricionales y suplementos dietéticos para proporcionar zinc dietético esencial. El uso de nanopartículas de ZnO en protectores solares contiene formulaciones viscosas que no son fáciles de aplicar sobre la piel y no son atractivas en términos de belleza. Debido a que pueden absorber la radiación ultravioleta, estos productos comenzaron a usarse en cremas faciales. El óxido de zinc también se puede utilizar como pasta para restauración dental.
(4) Industria catalítica
Los pares de huecos de electrones se generan por debajo de la intensidad de la luz a través de reacciones de oxidación o reducción que ocurren en la superficie del catalizador. En presencia de fotocatalizadores, los contaminantes orgánicos pueden oxidarse directamente a través de agujeros fotogenerados u oxidarse indirectamente a través de reacciones con especies reactivas de oxígeno (ROS). Los catalizadores comunes incluyen ZnO, que puede exhibir actividad fotocatalítica por debajo de la intensidad de la luz ultravioleta. El ZnO tiene poca estabilidad y baja sensibilidad a la fotocorrosión. Sin embargo, el óxido de zinc proporciona mejor estabilidad, mejor cristalinidad y defectos más pequeños. Agregar otros componentes puede mejorar aún más la actividad fotocatalítica del ZnO y ampliar el rango espectral visible del óxido de zinc.
(5) Industria electrónica
El óxido de zinc es un nuevo e importante tipo de semiconductor con amplias aplicaciones en los campos de la electrónica y la ingeniería eléctrica. Su amplia banda de energía (3,37 eV) y su alta energía de enlace (60 meV) a temperatura ambiente significan que el óxido de zinc se puede utilizar en dispositivos optoelectrónicos y electrónicos, dispositivos que emiten ondas acústicas superficiales, emisores de campo, sensores, láseres ultravioleta y células solares.
(6) Otros campos
Los catalizadores de síntesis orgánica y los desulfurantes se utilizan como matrices para reactivos analíticos, reactivos de referencia, agentes fluorescentes y materiales fotosensibles.
En la industria de fertilizantes, el gas crudo se utiliza para la desulfuración de precisión en la síntesis de amoníaco, petróleo, desulfuración química de gas natural y procesos de purificación y desulfuración profunda de gas crudo y petróleo industrial, como la producción de metanol e hidrógeno.
Se utiliza para copia electrostática en húmedo, impresión por transferencia en seco, comunicación por fax láser, grabación electrostática de computadoras electrónicas y archivos de fabricación de planchas electrostáticas.
Se utiliza en la industria del plástico, productos de la serie de cosméticos de protección solar, productos cerámicos especiales, recubrimientos funcionales especiales y procesamiento de higiene textil.
Farmacéutico, utilizado como astringente, para elaborar ungüentos, pastas de zinc y pastas de caucho.
Utilizado como pigmento blanco, su poder colorante es inferior al del dióxido de titanio y al del litopón. Se utiliza para colorear resina ABS, poliestireno, resina epoxi, resina fenólica, resina amino, cloruro de polivinilo, así como pinturas y tintas. Se utiliza para la producción de pigmentos como amarillo de cromo y zinc, acetato de zinc, carbonato de zinc, cloruro de zinc, etc.
Fabricación de materiales láser electrónicos, fósforos, catalizadores y materiales magnéticos.
También se utiliza en la producción de tejidos lacados, cosméticos, esmaltes, cueros, etc.
Se utiliza para imprimir y teñir, fabricación de papel, cerillas, industria farmacéutica, industria del vidrio, etc.
El óxido de zinc es un nutriente fortificante para piensos adecuado para su uso como suplemento de zinc en el procesamiento de piensos.
Los seres humanos han aprendido a utilizaróxido de zinc purocomo recubrimiento o medicamento externo durante mucho tiempo, pero la historia del descubrimiento del óxido de zinc es difícil de rastrear.
Los romanos ya habían aprendido a producir latón haciendo reaccionar cobre con mineral de zinc que contenía óxido de zinc. El óxido de zinc se convierte en vapor de zinc en un horno vertical y se introduce en la chimenea para reaccionar. Dioscórides también introdujo esto.
Los indios se familiarizaron con el zinc y los minerales de zinc y comenzaron a fundir zinc de forma primitiva. La tecnología de fundición de zinc se introdujo en China en el siglo XVII.
Inglaterra estableció la primera planta de fundición de zinc en Europa.
Primero se convirtió en un pigmento de acuarela, pero es difícil de disolver en aceite. Sin embargo, el problema pronto se resolvió gracias al nuevo proceso de producción de óxido de zinc.
Leclerc comenzó a producir en masa pintura al óleo blanca de zinc en París
El óxido de zinc se hizo popular en toda Europa.
La pureza del óxido de zinc era tan alta que algunos artistas cubrieron sus pinturas con blanco zinc como color base, pero estas pinturas presentaban grietas después de cien años.
El óxido de zinc se utilizó principalmente en la industria del caucho.
El segundo uso más importante del óxido de zinc fue como aditivo para el papel de fotocopia, pero en el siglo XXI, la práctica de utilizar óxido de zinc como aditivo para el papel de fotocopia se ha eliminado gradualmente.
El equipo de investigación dirigido por el profesor Shouhiko Nakamura de la Universidad de Shimane sintetizó partículas de óxido de zinc con un diámetro de unos 10 nanómetros y las trató con técnicas especiales para darles propiedades fluorescentes. Este tipo de nanopartícula emite luz de manera relativamente estable y puede durar más de 24 horas, pero su costo de producción es menos del uno por ciento del de la proteína verde fluorescente.
Los investigadores alimentaron a ratones experimentales con una proteína que contenía esta partícula y capturaron con éxito imágenes de la partícula que emitía luz dentro del cuerpo de los ratones.
La Universidad Shimane de Japón anunció el desarrollo de una nanopartícula de óxido de zinc que puede emitir fluorescencia bajo irradiación de luz. Su luminiscencia es estable y segura, y puede aplicarse en-campos médicos de vanguardia.
Eficiencia de protección solar del óxido de zinc puro: la tasa de dispersión UV del ZnO con un tamaño de partícula de 20 nm es 1,7 veces mayor que la del TiO2.
La eficiencia de dispersión UV del ZnO con un tamaño de partícula de 20 nm es significativamente mejor que la del TiO ₂
Según la teoría de la dispersión de la luz y los datos experimentales de los nanomateriales, cuando el tamaño de partícula del óxido de zinc (ZnO) y del dióxido de titanio (TiO ₂) es de 20 nm, la tasa de dispersión ultravioleta (UV) del ZnO puede alcanzar 1,7 veces la del TiO ₂. Esta diferencia se debe al grado de coincidencia del índice de refracción, el tamaño de las partículas y la longitud de onda de la luz entre los dos, así como al efecto de superficie de las nanopartículas. Se manifiesta específicamente como:
Diferencia del índice de refracción
El índice de refracción del ZnO es 2,03, mientras que el del TiO₂ (tipo rutilo) es 2,71. Aunque el TiO ₂ tiene un índice de refracción más alto, el ZnO tiene una mejor eficiencia de dispersión para los rayos UVA (320-400 nm) y UVB (280-320 nm) con un tamaño de partícula de 20 nm. Esto se debe a que su tamaño de partícula coincide más estrechamente con la longitud de onda de la luz ultravioleta, lo que se ajusta a la ley de la teoría de dispersión de Mie de que "la eficiencia de dispersión es mayor cuando la relación entre el tamaño de partícula y la longitud de onda es cercana a 0,1".
Rango de cobertura espectral
El ZnO tiene una tasa de protección superior al 95 % para los rayos UVA y cubre la mayor parte de los rayos UVA de onda larga (380-400 nm), mientras que el TiO₂ se centra más en los rayos UVB y los UVA de onda corta (320-350 nm). 20nm. El ZnO logra una dispersión eficiente de la radiación ultravioleta en todo el rango de longitud de onda mediante una tecnología de dispersión uniforme.
Transmisión de luz visible
El ZnO de 20 nm logra una alta protección UV al tiempo que mantiene una transmitancia de luz visible superior al 85 %, evitando el problema de "blanqueamiento" de los protectores solares físicos tradicionales y mejorando la experiencia del usuario.
Principio técnico: efecto sinérgico del tamaño de las nanopartículas y la dispersión de la luz.
Teoría de la dispersión de Mie
Cuando la relación entre el tamaño de las nanopartículas (d) y la longitud de onda de la luz incidente (λ) (d/λ) se acerca a 0,1, la eficiencia de dispersión alcanza su máximo. Para UVA (lambda ≈ 350 nm) y UVB (lambda ≈ 300 nm), el ZnO con un tamaño de partícula de 20 nm (d/lambda ≈ 0,057-0,067) está más cerca de la relación óptima, mientras que el TiO ₂ (d/lambda ≈ 0,043-0,067) tiene una mayor eficiencia en la longitud de onda corta. banda pero atenuación significativa en la banda de longitud de onda larga.
Efecto superficial y dispersabilidad.
El ZnO de 20 nm reduce la aglomeración mediante la tecnología de recubrimiento de superficies (como el espesor de la capa de recubrimiento de Al ₂ O ∝ de 2-5 nm) y la tasa de atenuación de la eficiencia fotocatalítica disminuye del 30 %/100 h al 8 %/100 h, lo que garantiza la estabilidad a largo plazo. La dosis de dispersante se reduce en un 50% y la velocidad de sedimentación se reduce a 0,01 mm/h (proceso tradicional 0,5 mm/h), mejorando significativamente la uniformidad del protector solar.
Rendimiento de blindaje multidimensional
Blindaje UVA: el ZnO de 20 nm tiene una tasa de blindaje superior al 95 % para los rayos UVA, cubriendo todo el rango de longitud de onda de 320 a 400 nm, especialmente mejor que el TiO ₂ para los rayos UVA de onda larga (380 a 400 nm).
Protección UVB: El TiO ₂ tiene una mayor absorción en la banda UVB (280-320 nm), pero el ZnO puede compensar esta brecha usando altas concentraciones (5-25%), evitando al mismo tiempo las reacciones fotocatalíticas que el TiO ₂ puede causar (generando radicales libres que dañan la piel).
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