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Óxido de zinco puroé uma substância inorgânica com fórmula química ZnO, pó branco ou cristal hexagonal. É inodoro, insípido e sem areia. Fica amarelo quando aquecido e fica branco novamente após o resfriamento e sublima quando aquecido a 1.800 graus. O poder de cobertura é metade daquele do dióxido de titânio e do sulfeto de zinco. O poder de coloração é o dobro do carbonato de chumbo básico. É um óxido de zinco. É insolúvel em água, solúvel em ácidos e bases fortes. O óxido de zinco é um aditivo químico comum, amplamente utilizado na produção de plásticos, produtos de silicato, borracha sintética, óleo lubrificante, revestimentos de tintas, pomadas, adesivos, alimentos, baterias, retardadores de chama e outros produtos. O óxido de zinco possui grande gap de energia e energia de ligação de excitons, alta transparência e excelente desempenho de luminescência em temperatura ambiente. É amplamente utilizado em telas de cristal líquido, transistores de película fina, diodos{10}emissores de luz e outros produtos na área de semicondutores. Além disso, o óxido de zinco em micro-partículas como nano-material também começou a desempenhar um papel em campos relacionados.
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Fórmula Química |
OZn |
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Massa Exata |
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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Análise Elementar |
Ó, 19,66; Zn, 80,34 |
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Óxido de zinco puroexiste principalmente na forma de pó branco ou minério de zinco vermelho. A pequena quantidade de impurezas como o manganês no minério de zinco vermelho faz com que o minério pareça amarelo ou vermelho. Quando os cristais de óxido de zinco são aquecidos, uma pequena quantidade de átomos de oxigênio transbordará (0,007% do número total de átomos de oxigênio transbordará a 800 graus C), fazendo com que a substância pareça amarela. Quando a temperatura cai, o cristal volta à cor branca.
(1) Indústria da borracha
Usado na indústria de borracha ou cabos como agente vulcanizante, agente de reforço e agente corante para borracha natural, borracha sintética e látex, para proporcionar à borracha boa resistência à corrosão, resistência ao rasgo e elasticidade. O agente corante e o enchimento de borracha branca são usados como agentes vulcanizantes na borracha de cloropreno, e aqueles com partículas pequenas (cerca de 0,1 μm de tamanho) podem ser usados como estabilizadores de luz para plásticos, como poliolefinas ou cloreto de polivinila. A condutividade térmica da borracha de silicone pura típica é relativamente baixa; Ao adicionar pó condutor térmico de ZnO, a condutividade térmica da borracha de silicone pode ser melhorada, mantendo sua alta resistência. Mesmo com conteúdos de enchimento relativamente baixos, a adição de cargas em nanoescala pode atingir alta condutividade térmica. No entanto, devido à fraca interação entre a superfície das nanopartículas e dos polímeros, as nanopartículas de ZnO tendem a se agregar e formar partículas de grande-tamanho na matriz polimérica, o que afeta as propriedades mecânicas da borracha.
(2) Indústria têxtil
Para revestimentos têxteis, os têxteis impermeáveis e auto{0}limpantes têm aplicações comerciais promissoras no uso militar e diário. Têxteis autolimpantes e impermeáveis ajudam a prevenir manchas nas roupas e a proteger o corpo dos nocivos raios UV da luz solar. Além disso, os revestimentos nanoestruturados de ZnO são mais respiráveis e eficazes como bloqueadores de UV em comparação com os seus homólogos.
(3) Indústria farmacêutica e cosmética
O óxido de zinco é usado em odontologia, principalmente como ingrediente em pastas de dente e também como obturação temporária. O ZnO também é usado em vários tipos de produtos nutricionais e suplementos dietéticos para fornecer zinco dietético essencial. O uso de nanopartículas de ZnO em protetores solares contém formulações viscosas que não são fáceis de aplicar na pele e não são atrativas em termos de beleza. Por poderem absorver a radiação ultravioleta, esses produtos passaram a ser utilizados em cremes faciais. O óxido de zinco também pode ser usado como pasta para restauração dentária.
(4) Indústria catalítica
Pares de buracos de elétrons são gerados abaixo da intensidade da luz através de reações de oxidação ou redução que ocorrem na superfície do catalisador. Na presença de fotocatalisadores, os poluentes orgânicos podem ser oxidados diretamente através de buracos fotogerados ou oxidados indiretamente através de reações com espécies reativas de oxigênio (ROS). Catalisadores comuns incluem ZnO, que pode exibir atividade fotocatalítica abaixo da intensidade da luz ultravioleta. ZnO tem baixa estabilidade e baixa sensibilidade à fotocorrosão. No entanto, o óxido de zinco proporciona melhor estabilidade, melhor cristalinidade e defeitos menores. A adição de outros componentes pode aumentar ainda mais a atividade fotocatalítica do ZnO e expandir a faixa espectral visível do óxido de zinco.
(5) Indústria eletrônica
O óxido de zinco é um novo tipo importante de semicondutor com amplas aplicações nas áreas de eletrônica e engenharia elétrica. Sua ampla faixa de energia (3,37 eV) e alta energia de ligação (60 meV) em temperatura ambiente significam que o óxido de zinco pode ser usado em dispositivos optoeletrônicos e eletrônicos, dispositivos que emitem ondas acústicas de superfície, emissores de campo, sensores, lasers ultravioleta e células solares.
(6) Outros campos
Catalisadores e dessulfurizantes de síntese orgânica são usados como matrizes para reagentes analíticos, reagentes de referência, agentes fluorescentes e materiais fotossensíveis.
Na indústria de fertilizantes, o gás bruto é usado para dessulfuração de precisão na síntese de amônia, petróleo, dessulfuração química de gás natural e processos de dessulfuração profunda e purificação de gás bruto industrial e petróleo, como produção de metanol e hidrogênio.
Usado para cópia úmida eletrostática, impressão de transferência a seco, comunicação de fax a laser, gravação eletrostática de computadores eletrônicos e arquivos de fabricação de placas eletrostáticas.
Usado na indústria de plásticos, produtos da série de cosméticos protetores solares, produtos cerâmicos especiais, revestimentos funcionais especiais e processamento de higiene têxtil.
Farmacêutico, utilizado como adstringente, na fabricação de pomadas, pastas de zinco e pastas de borracha.
Utilizado como pigmento branco, seu poder corante é inferior ao do dióxido de titânio e do litopone. Utilizado para colorir resina ABS, poliestireno, resina epóxi, resina fenólica, resina amino, cloreto de polivinila, bem como tintas e tintas. Usado para a produção de pigmentos como zinco cromo amarelo, acetato de zinco, carbonato de zinco, cloreto de zinco, etc.
Fabricação de materiais eletrônicos para laser, fósforos, catalisadores e materiais magnéticos.
Também é utilizado na produção de tecidos lacados, cosméticos, esmaltes, couro, etc.
Usado para impressão e tingimento, fabricação de papel, fósforos, indústria farmacêutica, indústria de vidro, etc.
O óxido de zinco é um fortificante de nutrientes para rações adequado para uso como suplemento de zinco no processamento de rações.
Os seres humanos aprenderam a usaróxido de zinco purocomo revestimento ou medicamento externo há muito tempo, mas a história da descoberta do óxido de zinco é difícil de rastrear.
os romanos já haviam aprendido a produzir latão pela reação do cobre com minério de zinco contendo óxido de zinco. O óxido de zinco é convertido em vapor de zinco em um forno vertical e rolado na chaminé para reação. Dioscórides também introduziu isso.
Os índios familiarizaram-se com o zinco e os minerais de zinco e começaram a fundir o zinco de maneiras primitivas. A tecnologia de fundição de zinco foi introduzida na China no século XVII.
A Inglaterra estabeleceu a primeira fábrica de fundição de zinco na Europa.
tornou-se primeiro um pigmento aquarela, mas é difícil de dissolver em óleo. Contudo, o problema foi logo resolvido pelo novo processo de produção de óxido de zinco.
Leclerc começou a produzir em massa tinta a óleo branca de zinco em Paris
o óxido de zinco tornou-se popular em toda a Europa.
a pureza do óxido de zinco era tão alta que alguns artistas cobriam suas pinturas com branco de zinco como cor base, mas essas pinturas apresentavam rachaduras depois de cem anos.
o óxido de zinco foi usado principalmente na indústria da borracha.
o segundo maior uso de óxido de zinco foi como aditivo ao papel de fotocópia, mas no século 21, a prática de usar óxido de zinco como aditivo ao papel de fotocópia foi eliminada.
A equipe de pesquisa liderada pelo professor Shouhiko Nakamura, da Universidade de Shimane, sintetizou partículas de óxido de zinco com um diâmetro de cerca de 10 nanômetros e as tratou com técnicas especiais para lhes conferir propriedades fluorescentes. Esse tipo de nanopartícula emite luz de forma relativamente estável e pode durar mais de 24 horas, mas seu custo de produção é inferior a um por cento do custo da proteína verde fluorescente.
os pesquisadores alimentaram ratos experimentais com uma proteína contendo essa partícula e capturaram com sucesso imagens da partícula emitindo luz dentro do corpo dos ratos.
A Universidade de Shimane, no Japão, anunciou o desenvolvimento de uma nanopartícula de óxido de zinco que pode emitir fluorescência sob irradiação luminosa. Sua luminescência é estável e segura e pode ser aplicada em-áreas médicas de ponta.
Eficiência do protetor solar do óxido de zinco puro: A taxa de dispersão UV do ZnO com tamanho de partícula de 20 nm é 1,7 vezes maior que a do TiO2
A eficiência de dispersão de UV do ZnO com tamanho de partícula de 20 nm é significativamente melhor do que a do TiO ₂
De acordo com a teoria de dispersão de luz e dados experimentais de nanomateriais, quando o tamanho das partículas de óxido de zinco (ZnO) e dióxido de titânio (TiO ₂) são ambos de 20 nm, a taxa de dispersão ultravioleta (UV) do ZnO pode atingir 1,7 vezes a do TiO ₂. Essa diferença se deve ao grau de correspondência do índice de refração, tamanho das partículas e comprimento de onda da luz entre os dois, bem como ao efeito de superfície das nanopartículas. Manifestado especificamente como:
Diferença de índice de refração
O índice de refração do ZnO é 2,03, enquanto o do TiO ₂ (tipo rutilo) é 2,71. Embora o TiO ₂ tenha um índice de refração mais alto, o ZnO tem melhor eficiência de espalhamento para UVA (320-400nm) e UVB (280-320nm) em um tamanho de partícula de 20nm. Isso ocorre porque o tamanho de sua partícula corresponde mais ao comprimento de onda da luz ultravioleta, o que está em conformidade com a lei da teoria de espalhamento de Mie de que "a eficiência de espalhamento é mais alta quando a relação entre tamanho de partícula e comprimento de onda está próxima de 0,1".
Faixa de cobertura espectral
O ZnO tem uma taxa de proteção de mais de 95% para UVA e cobre a maior parte do UVA de onda longa (380-400nm), enquanto o TiO ₂ se concentra mais em UVB e UVA de onda curta (320-350nm). 20nm O ZnO alcança uma dispersão eficiente da radiação ultravioleta em toda a faixa de comprimento de onda por meio da tecnologia de dispersão uniforme.
Transmitância de luz visível
O ZnO 20nm alcança alta proteção UV enquanto mantém uma transmitância de luz visível superior a 85%, evitando o problema de "branqueamento" dos filtros solares físicos tradicionais e melhorando a experiência do usuário.
Princípio técnico: Efeito sinérgico do tamanho das nanopartículas e dispersão da luz
Teoria do espalhamento de Mie
Quando a razão entre o tamanho das nanopartículas (d) e o comprimento de onda da luz incidente (λ) (d/λ) se aproxima de 0,1, a eficiência de espalhamento atinge seu pico. Para UVA (lambda ≈ 350nm) e UVB (lambda ≈ 300nm), ZnO com tamanho de partícula de 20nm (d/lambda ≈ 0,057-0,067) está mais próximo da proporção ideal, enquanto TiO ₂ (d/lambda ≈ 0,043-0,067) tem maior eficiência na banda de comprimento de onda curto mas atenuação significativa na banda de comprimento de onda longo.
Efeito de superfície e dispersibilidade
20nm ZnO reduz a aglomeração por meio da tecnologia de revestimento de superfície (como espessura da camada de revestimento Al ₂ O ∝ de 2-5nm), e a taxa de atenuação da eficiência fotocatalítica diminui de 30%/100h para 8%/100h, garantindo estabilidade a longo prazo. A dosagem do dispersante é reduzida em 50% e a velocidade de sedimentação é reduzida para 0,01 mm/h (processo tradicional 0,5 mm/h), melhorando significativamente a uniformidade do filtro solar.
Desempenho de blindagem multidimensional
Blindagem UVA: 20nm ZnO tem uma taxa de blindagem de mais de 95% para UVA, cobrindo toda a faixa de comprimento de onda de 320-400nm, especialmente melhor que TiO ₂ para UVA de onda longa (380-400nm).
Blindagem UVB: O TiO ₂ tem absorção mais forte na banda UVB (280-320nm), mas o ZnO pode compensar essa lacuna usando altas concentrações (5-25%), evitando ao mesmo tempo as reações fotocatalíticas que o TiO ₂ pode causar (gerando radicais livres para danificar a pele).
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