Kẽm oxit là gì? Tính chất vật lý, hóa học

Oxit kẽm là một hợp chất vô cơ với công thức là ZnO là chất bột màu trắng không tan trong nước. Nó được sử dụng như một chất phụ gia trong nhiều vật liệu và sản phẩm bao gồm mỹ phẩm, thực phẩm bổ sung, cao su, nhựa, gốm sứ, thủy tinh, xi măng, chất bôi trơn, sơn, thuốc mỡ, chất kết dính, chất bịt kín, chất màu, thức ăn, pin, sắt tây, chất chống cháy và băng sơ cứu. Mặc dù nó xuất hiện tự nhiên dưới dạng khoáng chất zincite, hầu hết oxit kẽm được sản xuất tổng hợp.

ZnO là chất bán dẫn có khoảng cách vùng cấm rộng Nhóm bán dẫn II-VI. Người bản xứ pha tạp chất của chất bán dẫn do ôxy trống hoặc xen kẽ kẽm là loại n. Các đặc tính thuận lợi khác bao gồm tính minh bạch tốt, cao tính linh động của điện tử, rộng khoảng cách ban nhạc và nhiệt độ phòng mạnh sự phát quang. Những thuộc tính đó có giá trị trong các ứng dụng mới nổi vì: điện cực trong trong màn hình tinh thể lỏng, cửa sổ tiết kiệm năng lượng hoặc bảo vệ nhiệt và thiết bị điện tử dạng màng mỏng Linh kiện bán dẫn và điốt phát sáng.

ZnO nguyên chất là một chất bột màu trắng, nhưng trong tự nhiên nó tồn tại như một khoáng chất hiếm zincite, thường chứa mangan và các tạp chất khác tạo ra màu vàng đến đỏ.

Oxit kẽm kết tinh là nhiệt độ, chuyển từ màu trắng sang màu vàng khi đun nóng trong không khí và chuyển sang màu trắng khi làm lạnh. Sự thay đổi màu sắc này là do một lượng nhỏ oxy bị mất vào môi trường ở nhiệt độ cao để tạo thành không phân biệt Zn_{1 + x}O, ở 800 ° C, x = 0,00007.

Kẽm oxit là một oxit lưỡng tính. Nó gần như không hòa tan trong nước, nhưng nó sẽ hòa tan trong hầu hết axit, nhu la clohydric axit:

ZnO + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂O

Oxit kẽm rắn cũng sẽ hòa tan trong kiềm để tạo ra kẽm hòa tan:

ZnO + 2 NaOH + H₂O → Na₂[Zn (OH)₄]

ZnO phản ứng chậm với axit béo trong dầu để tạo ra cacbonxylat, nhu la oleate hoặc là stearat. ZnO tạo thành các sản phẩm giống như xi măng khi trộn với dung dịch nước mạnh của clorua kẽm và chúng được mô tả tốt nhất là kẽm hydroxy clorua. Xi măng này đã được sử dụng trong nha khoa.

ZnO cũng tạo thành vật liệu giống như xi măng khi được xử lý với axit photphoric; vật liệu liên quan được sử dụng trong nha khoa. Một thành phần chính của xi măng phốt phát kẽm được tạo ra bởi phản ứng này là hy vọng Zn₃(PO₄)₂· 4H₂Ô.

ZnO phân hủy thành hơi kẽm và oxy ở khoảng 1975 ° C với áp suất oxy tiêu chuẩn. Trong một phản ứng carbothermic, đun nóng với cacbon chuyển oxit thành hơi kẽm ở nhiệt độ thấp hơn nhiều (khoảng 950 ° C).

ZnO + C → Zn_(Hơi) + CO

Tính chất vật lý:

Kết cấu:

Kẽm oxit kết tinh theo hai cách chính các hình thức, lục giác wurtizite và khối Kẽm pha trộn. Cấu trúc wurtzite ổn định nhất ở các điều kiện xung quanh và do đó phổ biến nhất. Dạng zincblende có thể được ổn định bằng cách phát triển ZnO trên chất nền có cấu trúc mạng tinh thể lập phương. Trong cả hai trường hợp, trung tâm kẽm và oxit là tứ diện, dạng hình học đặc trưng nhất cho Zn (II). ZnO chuyển đổi thành đá ở áp suất tương đối cao khoảng 10 GPa. Nhiều đặc tính y tế đáng chú ý của các loại kem chứa ZnO có thể được giải thích 

 bởi tính mềm đàn hồi của nó, đặc điểm của các hợp chất nhị phân phối trí tứ diện gần với sự chuyển đổi sang cấu trúc bát diện.

Các hình đa hình lục giác và zincblende không có đối xứng nghịch đảo (sự phản chiếu của một tinh thể so với bất kỳ điểm nào đã cho không biến nó thành chính nó). Điều này và các thuộc tính đối xứng mạng khác dẫn đến áp điện của ZnO lục giác và zincblende, và nhiệt điện của ZnO lục giác.

ZnO là một vật liệu tương đối mềm với độ cứng xấp xỉ 4,5 trên Thang đo Mohs Các hằng số đàn hồi của nó nhỏ hơn các hằng số của chất bán dẫn III-V có liên quan, chẳng hạn như GaN. Khả năng dẫn nhiệt và dẫn nhiệt cao, độ giãn nở vì nhiệt thấp và nhiệt độ nóng chảy cao của ZnO có lợi cho gốm sứ. E2 phonon quang học trong ZnO thể hiện tuổi thọ dài bất thường là 133 ps ở 10 K.

Trong số các chất bán dẫn có liên kết tứ diện, người ta đã phát biểu rằng ZnO có tenxơ áp điện cao nhất, hoặc ít nhất một chất có thể so sánh với GaN và AIN. Đặc tính này làm cho nó trở thành vật liệu công nghệ quan trọng đối với nhiều piezoelectrical các ứng dụng yêu cầu khớp nối cơ điện lớn. Do đó, ZnO ở dạng phim ngắn một trong những vật liệu cộng hưởng được nghiên cứu nhiều nhất cho bộ công hưởng âm thanh số lượng lớn màng mỏng.

Đặc tính điện

ZnO có một khoảng cách ban nhạc ~ 3,3 eV ở nhiệt độ phòng. Ưu điểm liên quan đến khoảng cách vùng cấm lớn bao gồm điện áp đánh thủng cao hơn, khả năng duy trì điện trường lớn, thấp hơn tiếng ồn điện tử và hoạt động ở nhiệt độ cao và công suất cao. Độ rộng vùng cấm của ZnO có thể được điều chỉnh đến ~ 3–4 eV bằng cách tạo hợp kim với oxit magie hoặc là oxit cadimi

Hầu hết ZnO có n kiểu nhân vật, ngay cả khi không cố ý pha tạp chất. Phép đo Nonstoichiometry thường là nguồn gốc của ký tự loại n, nhưng chủ đề này vẫn còn gây tranh cãi. Một giải thích khác đã được đề xuất, dựa trên các tính toán lý thuyết, rằng các tạp chất hydro thay thế không chủ ý là nguyên nhân gây ra.Sự pha tạp loại n có thể điều khiển được dễ dàng đạt được bằng cách thay thế Zn bằng các nguyên tố nhóm III như Al, Ga, In hoặc bằng cách thay thế oxy bằng các nguyên tố nhóm VII clo hoặc là i ốt

Đáng tin cậy loại p khó pha tạp ZnO. Vấn đề này bắt nguồn từ khả năng hòa tan thấp của chất pha tạp loại p và sự bù trừ của chúng bởi nhiều tạp chất loại n. Vấn đề này được quan sát với GaN và ZnSe Phép đo loại p trong vật liệu loại n "về bản chất" rất phức tạp do tính không đồng nhất của các mẫu.

Các hạn chế hiện tại đối với pha tạp p hạn chế các ứng dụng điện tử và quang điện tử của ZnO, thường yêu cầu các mối nối của vật liệu loại n và loại p. Chất rắn loại p đã biết bao gồm các nguyên tố nhóm I Li, Na, K; nhóm-V nguyên tố N, P và As; cũng như đồng và bạc. Tuy nhiên, nhiều loại trong số này tạo thành chất nhận sâu và không tạo ra dẫn truyền loại p đáng kể ở nhiệt độ phòng.

Tính di động của electron của ZnO thay đổi mạnh theo nhiệt độ và có cực đại ~ 2000 cm²/ (V · s) ở 80 K. Dữ liệu về tính di động của lỗ khan hiếm với các giá trị trong khoảng 5–30 cm²/ (V · s).

Đĩa ZnO, hoạt động như một varistor, là vật liệu hoạt động trong hầu hết thiết bị chống sét lan truyền.

Mọi thắc mắc liên hệ:

Công ty TNHH Cây Xanh Mộc Lan

Hotline: 0393604290

Website: http://moclangroup.com