Oxidul de zinc

1. Generalități

Oxidul de zinc este un compus anorganic cu formula ZnO. Oxidul de Zinc este o pulbere albă insolubilă în apă. Din punct de vedere al structurii cristaline, este stabil sub formă hexagonal-compactă de tip wurtzit, unde fiecare ion se află în coordinație tetraedrică. Oxidul de zinc are proprietăți fizice și chimice unice, cum ar fi stabilitatea chimică ridicată,coeficientul de cuplare electrochimică ridicat, gama largă de absorbție a radiațiilor si fotostabilitatea ridicată.

Figura 1 . Structura cristalină a ZnO

În știința materialelor, oxidul de zinc este un semiconductor ,a cărei covalență se află la limita semiconductorilor ionici și covalenți. O bandă largă de energie (3,37 eV), o energie de legătură ridicată (60 meV) și o stabilitate termică și mecanică ridicată la temperatura camerei îl fac atractiv pentru utilizare în domeniul electronicii, optoelectronicii și tehnologiei laser .

Proprietățile piezo- și piroelectrice ale ZnO înseamnă că poate fi folosite ca senzori, convertori, generatori de energie și fotocatalizatori în producția de hidrogen .Datorită durității, rigidității și constantei piezoelectrice, acesta este un material important în industria ceramicii, în timp ce toxicitatea redusă, biocompatibilitatea și biodegradabilitatea îl fac un material de interes pentru biomedicină .

Varietatea structurilor de oxid de zinc nanometric ne arata că ZnO poate fi clasificat printre materiale noi cu aplicații potențiale în multe domenii ale nanotehnologiei. Oxidul de zinc poate apărea în structuri unidirecționale (1D), două (2D) și tridimensionale (3D). Structurile unidimensionale alcătuiesc cel mai mare grup, incluzând ace ,panglici,tuburi ,fire,comburi .Exemple de structuri 3D ale oxidului de zinc includ floare, păpădie, fulgi de zăpadă, etc. [1-3]

Figura 2. Exemple de structuri ale ZnO:floare (a); tuburi (b); fire(c,d) [4]

2. Metode de sinteză a oxidului de zinc micron și nanometric

2.1. Procese chimice

Datorită proprietăților sale interesante, oxidul de zinc a fost obiectul studiului de către mulți cercetători. Acest lucru a dus la dezvoltarea unei mari varietăți de tehnici de sinteză a compusului. Din păcate, metodele care funcționează în laborator nu pot fi întotdeauna aplicate la scară industrială, unde este important ca procesul să fie eficient din punct de vedere economic, cu randament ridicat și ușor de implementat. [16]

2.2. Procesul metalurgic

Procesele metalurgice pentru obținerea oxidului de zinc se bazează pe topirea minereului de zinc. Oxidul de zinc este clasificat fie ca tip A, obținut printr-un proces direct (procesul american); sau tip B, obținut printr-un proces indirect (procesul francez).

Procesul direct (american) implică oxidarea minereului de zinc prin încălzirea cu cărbune (cum ar fi antracitul), urmată de oxidarea vaporilor de zinc în același reactor într-un singur ciclu de producție. Acest proces a fost dezvoltat de Samuel Wetherill și are loc într-un cuptor în care primul strat constă dintr-un pat de cărbune, aprins de căldura rămasă din încărcătura anterioară. Deasupra acestui pat este un al doilea strat sub formă de minereu de zinc amestecat cu cărbune. Aerul insuflat este alimentat de jos, pentru a furniza căldură în ambele straturi și pentru a transporta monoxid de carbon pentru reducerea zincului. Oxidul de zinc rezultat (de tip A) conține impurități sub formă de compuși ai altor metale din minereul de zinc.

Particulele ZnO rezultate sunt în principal în formă de ac și, uneori, sferoidale. Pentru obținerea unui produs cu o culoare albă permanentă, oxizii de plumb, fier și cadmiu care sunt prezenți sunt transformați în sulfați. Creșterea permanenței culorii este legată de creșterea conținutului de substanțe solubile în apă și de creșterea acidității produsului.