Óxido de índio (III)é um óxido com fórmula molecular In2O3 e CAS 1312-43-2. O produto puro é um pó amorfo branco ou amarelo claro, que fica marrom avermelhado quando aquecido. A oxidação é um novo tipo de material funcional semicondutor transparente do tipo n com amplo bandgap, baixa resistividade e alta atividade catalítica. Tem sido amplamente utilizado nas áreas de optoeletrônica, sensores de gás e catalisadores. Quando o tamanho das partículas de óxido de índio atinge o nível nanométrico, além das funções acima, elas também possuem efeitos de superfície, efeitos de tamanho quântico, efeitos de tamanho pequeno e efeitos macroscópicos de tunelamento quântico de nanomateriais.
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Fórmula Química |
In2O3 |
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Massa Exata |
278 |
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Peso molecular |
278 |
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m/z |
278 (100.0%), 276 (9.0%) |
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Análise Elementar |
Em, 82,71; Ó, 17.29 |
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Na presença de hidrogênio ou outros agentes redutores, pode ser reduzido a índio metálico ou óxido de índio de baixa valência por aquecimento a 400 ~ 500 graus.
Ele se decompõe em óxidos-de baixa qualidade em alta temperatura. Além disso, pode reagir com o metal índio em altas temperaturas. Embora o In2O3 gerado pela queima-a baixa temperatura seja facilmente solúvel em ácido, quanto mais completamente for tratado em alta temperatura, mais difícil será sua dissolução e a higroscopicidade também desaparece. Quando o trióxido de índio é reduzido com hidrogênio no estado incandescente, o índio metálico é formado.
O óxido de índio (In2O3) é um importante composto inorgânico, pertencente a materiais funcionais semicondutores transparentes do tipo n-, com amplo bandgap, baixa resistividade e alta atividade catalítica. Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da tecnologia, o óxido de índio mostrou amplas perspectivas de aplicação em vários campos. A seguir iremos detalhar todos os usos do óxido de índio.
(1) Material de filme condutor transparente
O óxido de índio é um dos principais materiais para a fabricação de filmes condutores transparentes. Filmes condutores transparentes são amplamente utilizados em dispositivos como telas de cristal líquido (LCDs), telas sensíveis ao toque e células solares. O filme condutor transparente de óxido de índio tem alta condutividade e transparência, que pode conduzir eletricidade com eficácia sem afetar o efeito de exibição da tela. Nas telas LCD, o filme de óxido de índio serve como eletrodo transparente responsável pela transmissão de sinais elétricos, permitindo que a tela exiba imagens normalmente. Seu pó de óxido de índio de alta-pureza (como 99,99%) possui boa condutividade e propriedades ópticas, exibindo especialmente excelente transparência nas faixas espectrais do visível e infravermelho, o que o torna insubstituível no campo da optoeletrônica.
(3) Sensores fotoelétricos e fotodiodos
O óxido de índio pode ser usado para fabricar sensores fotoelétricos e fotodiodos. Devido à sua alta transmitância de luz e boa condutividade elétrica, o óxido de índio ajuda a melhorar o desempenho dos dispositivos optoeletrônicos. Em sensores fotoelétricos, o óxido de índio pode converter sinais de luz em sinais elétricos, conseguindo detecção e controle da intensidade da luz. Nos fotodiodos, o óxido de índio, como material semicondutor, participa da geração e transporte dos portadores fotogerados, melhorando a eficiência da conversão fotoelétrica.
(2) Material alvo de óxido de índio e estanho (ITO)
Óxido de índio (III)é frequentemente misturado com óxido de estanho (SnO2) em uma certa proporção para produzir alvos de óxido de índio e estanho (ITO). O material alvo ITO é o principal material para a preparação de filmes condutores transparentes. Através de métodos físicos de deposição de vapor, como pulverização catódica por magnetron, o material alvo ITO é depositado no substrato para formar um filme condutor transparente e uniforme. O filme condutor transparente ITO tem uma ampla gama de aplicações em telas LCD planas, telas sensíveis ao toque, desembaçadores e outros campos. Por exemplo, nas telas sensíveis ao toque de smartphones e tablets, o filme ITO serve como uma camada sensível ao toque que pode detectar com precisão a operação de toque do usuário.
(4) Laser e materiais de fonte de luz
O óxido de índio também pode ser usado como material para lasers e fontes de luz para melhorar sua eficiência e estabilidade. Nos lasers, o óxido de índio pode servir como meio de ganho ou elemento óptico, participando do processo de geração e amplificação do laser. Seu excelente desempenho óptico e estabilidade térmica permitem que o laser opere de forma estável em ambientes agressivos, como alta temperatura e alta potência. Em termos de fontes de luz, o óxido de índio pode ser usado para fabricar diodos emissores de luz (LEDs) de alto brilho e alta eficiência, fornecendo fontes de luz de alta{4}}qualidade para campos como iluminação e exibição.
(1) Varistor
O óxido de índio pode ser usado para fabricar varistores. Varistores são dispositivos de resistência com características não lineares de volt-ampere, e seus valores de resistência diminuem drasticamente quando a tensão excede um determinado valor. Os varistores de óxido de índio têm as vantagens de velocidade de resposta rápida e forte resistência a surtos e são amplamente utilizados em circuitos de proteção contra sobretensão de dispositivos eletrônicos. Por exemplo, em campos como circuitos de energia e equipamentos de comunicação, os varistores de óxido de índio podem prevenir eficazmente danos aos componentes eletrônicos causados por sobretensão.
(3) Transistores de efeito de campo e dispositivos optoeletrônicos
O óxido de índio, com sua alta transparência e condutividade, pode ser usado na fabricação de dispositivos eletrônicos, como transistores de efeito de campo e dispositivos optoeletrônicos. Nos transistores-de efeito de campo, o óxido de índio, como material semicondutor, participa da transmissão e controle dos portadores de carga, conseguindo amplificação e processamento do sinal. Em dispositivos optoeletrônicos, o óxido de índio pode ser utilizado na fabricação de fotodetectores, células solares, etc., convertendo energia luminosa em energia elétrica.
(2) Sensores de gás e sensores de umidade
O óxido de índio pode ser usado como material de detecção de gás para a preparação de sensores de gás, que podem detectar gases e odores nocivos no ar. Os sensores de óxido de índio possuem alta sensibilidade, resposta rápida e boa seletividade. Seu princípio de funcionamento baseia-se na interação entre a superfície do óxido de índio e as moléculas do gás, o que provoca uma alteração no valor da resistência, conseguindo assim a detecção da concentração do gás. Em termos de sensores de umidade, o óxido de índio também pode detectar mudanças na umidade ambiental e refletir a magnitude da umidade através de alterações nos valores de resistência. É amplamente utilizado em áreas como monitoramento meteorológico e controle industrial.
(1) Catalisador de síntese orgânica
O óxido de índio possui alta atividade catalítica e pode ser utilizado como catalisador em reações de síntese orgânica. Na síntese orgânica, o óxido de índio pode acelerar a taxa de reações químicas, melhorar a seletividade e o rendimento da reação. Por exemplo, em processos de síntese orgânica, tais como reações de oxidação e hidrogenação, os catalisadores de óxido de índio podem efetivamente promover o progresso da reação, reduzir a energia de ativação da reação e minimizar a ocorrência de reações colaterais.
(2) Catalisador de Proteção Ambiental
O óxido de índio também pode ser usado no campo da proteção ambiental como catalisador para tratar substâncias nocivas em gases de escape e águas residuais. No tratamento de gases de escape, os catalisadores de óxido de índio podem catalisar a oxidação de poluentes como compostos orgânicos voláteis (VOCs) e monóxido de carbono (CO), convertendo-os em dióxido de carbono (CO ₂) e água (H ₂ O) inofensivos. No tratamento de águas residuais, os catalisadores de óxido de índio podem ser usados para catalisar a degradação de poluentes orgânicos, melhorar a biodegradabilidade das águas residuais e reduzir a demanda química de oxigênio (DQO) e a demanda biológica de oxigênio (DBO) das águas residuais.
Campo de Ciência de Materiais
(1) Aditivos de material cerâmico
Óxido de índio (III)O pó é usado como aditivo em materiais cerâmicos e sua excelente estabilidade térmica e química o torna um componente importante na fabricação de materiais cerâmicos de alto-desempenho. A adição de óxido de índio a materiais cerâmicos pode melhorar sua densidade, dureza e resistência, bem como aumentar sua resistência ao choque térmico e à corrosão. Esses materiais cerâmicos de alto-desempenho têm amplas aplicações em campos-de alta tecnologia, como aeroespacial e automotivo, como fabricação de componentes de motores e sensores de alta-temperatura.
(2) Revestimentos de alta temperatura e materiais refratários
O óxido de índio tem boa estabilidade térmica, alta temperatura de pirólise e pode manter boa estabilidade em ambientes-de alta temperatura, por isso também é comumente usado como revestimentos-de alta temperatura e materiais refratários. Em revestimentos de alta-temperatura, o óxido de índio pode melhorar a resistência-à alta temperatura e à oxidação do revestimento, protegendo o material do substrato contra corrosão em ambientes-de alta temperatura. O óxido de índio pode aumentar a refratariedade e a resistência ao choque térmico de materiais refratários, melhorar sua vida útil e segurança.
(3) Materiais de revestimento óptico
O óxido de índio pode ser usado para preparar revestimentos ópticos, tais como revestimentos anti-reflexos. O revestimento anti-reflexo de óxido de índio na superfície dos componentes ópticos pode reduzir a perda de reflexão da luz e melhorar a transmitância dos componentes ópticos. Isto é de grande importância para melhorar o desempenho e a qualidade da imagem de instrumentos ópticos, amplamente utilizados em equipamentos ópticos, como lentes de câmeras e telescópios.
Na área de vidro e cerâmica
(1)Vidro óptico especial
O óxido de índio pode ser usado para preparar vidros ópticos com alta transparência, alto índice de refração e outras características. Adicionar óxido de índio ao vidro óptico pode ajustar suas propriedades ópticas e atender às necessidades de diferentes instrumentos ópticos. Por exemplo, ao fabricar componentes ópticos de alta-precisão, como lentes e prismas, o uso de vidro óptico contendo óxido de índio pode melhorar a clareza e a resolução da imagem.
(3) Vidro colorido e materiais decorativos cerâmicos
O óxido de índio também pode ser usado para fabricar vidro colorido e materiais decorativos cerâmicos. Ao ajustar a quantidade de óxido de índio adicionado e as condições do processo, produtos de vidro e cerâmica de diferentes cores podem ser preparados para atender às necessidades de áreas como decoração arquitetônica e produção artística. Esses materiais decorativos coloridos de vidro e cerâmica não só têm uma aparência bonita, mas também possuem certas características funcionais, como isolamento térmico e acústico.
Cerâmica de alta temperatura e cerâmica eletrônica
No campo da cerâmica, o óxido de índio pode ser usado para fabricar cerâmicas-de alta temperatura e cerâmicas eletrônicas. Cerâmicas de alta temperatura têm excelente-resistência a altas temperaturas e propriedades mecânicas e são amplamente utilizadas em áreas como aeroespacial e energia. As cerâmicas eletrônicas possuem excelentes propriedades elétricas e podem ser utilizadas na fabricação de componentes eletrônicos, como capacitores e cerâmicas piezoelétricas. A adição de óxido de índio pode melhorar o desempenho, a confiabilidade e a estabilidade da cerâmica.
Setor energético
(1) Material de eletrodo positivo para baterias de íon-de lítio
Óxido de índio (III)pode ser usado como material de eletrodo positivo para baterias de íon-de lítio, melhorando a densidade de energia e o ciclo de vida da bateria. Em baterias de íon-de lítio, os materiais catódicos de óxido de índio podem sofrer reações reversíveis de inserção e extração com íons de lítio, conseguindo o armazenamento e liberação de energia elétrica. Em comparação com os materiais catódicos tradicionais, os materiais catódicos de óxido de índio têm maior capacidade específica e melhor desempenho de ciclagem, e espera-se que sejam amplamente utilizados em áreas como veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia.
(2) Materiais de eletrodo para células solares
A condutividade dos eletrodos transparentes de óxido de índio é crucial nas células solares, pois pode melhorar a eficiência das células solares. Eletrodos transparentes de óxido de índio podem efetivamente coletar e transmitir portadores gerados por fotos, reduzir perdas de recombinação de portadores e, assim, melhorar a eficiência de conversão fotoelétrica das células solares. Além disso, o óxido de índio também pode ser usado para fabricar materiais de eletrodos para novos tipos de células solares, como células solares sensibilizadas com corante e células solares de perovskita.
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