Кіріспе
Суда ерімейтін ақ ұнтақ
Chembox
| Verifiedfields = өзгертілген
| Watchedfields = өзгертілген
| verifiedrevid = 477003077
| ImageFile = Zinc oxide. jpg
| Name = Мырыш оксиді
| OtherNames = Мырыш ақ, каламин, философтың жүні, қытай ақ, мырыш гүлдері
|Section1=
|Section2=
|Section3=
|Section5=
|Section6=
|Section7=Chembox қауіптері
| ExternalSDS = ICSC 0208
| GHSPictograms =
| GHSSignalWord = Ескерту
| HPhrases =
| PPhrases =
| NFPA H = 2
| NFPA F = 0
| NFPA R = 0
| NFPA S =
| FlashPtC = 1436
| LD50 = 240 мг/кг (ішке енгізілген, егеуқұйрық) 7950 мг/кг (егеуқұйрық, ауыз арқылы)
| LC50 = 2500 мг/м3 (тышқан)
| REL = Шаң: TWA 5 мг/м3 C 15 мг/м3
Түтін: TWA 5 мг/м3 ST 10 мг/м3 және бірінші көмек таспалары. Табиғатта мырыш кені минералы түрінде кездеседі, бірақ мырыш оксидінің көп бөлігі синтетикалық жолмен өндіріледі.
| Verifiedfields = changed
| Watchedfields = changed
| verifiedrevid = 477003077
| ImageFile = Zinc oxide. jpg
| Name = Zinc oxide
| OtherNames = Zinc white, calamine, philosopher's wool, Chinese white, flowers of zinc
|Section1=
|Section2=
|Section3=
|Section5=
|Section6=
|Section7=Chembox Hazards
| ExternalSDS = ICSC 0208
| GHSPictograms =
| GHSSignalWord = Warning
| HPhrases =
| PPhrases =
| NFPA H = 2
| NFPA F = 0
| NFPA R = 0
| NFPA S =
| FlashPtC = 1436
| LD50 = 240 mg/kg (intraperitoneal, rat)7950 mg/kg (rat, oral)
| LC50 = 2500 mg/m3 (mouse)
| REL = Dust: TWA 5 mg/m3 C 15 mg/m3
Fume: TWA 5 mg/m3 ST 10 mg/m3 and first aid tapes. Although it occurs naturally as the mineral zincite, most zinc oxide is produced synthetically.
Механикалық қасиеттері
ZnO – II-VI жартылай өткізгіштер тобының кең жолақты жартылай өткізгіші. Оның өздігінен допингі, оттегінің бос орындары немесе мырыш интерстициалдарының нәтижесінде, n-типінде болады. Оның серпімділік константалары GaN сияқты тиісті III-V жартылай өткізгіштерге қарағанда кішірек. ZnO-ның жоғары жылу сыйымдылығы және жылу өткізгіштігі, төмен жылулық кеңеюі және жоғары балқу температурасы керамика жасау үшін тиімді. Тетраэдрлі байланысқан жартылай өткізгіштердің арасында ZnO-ның пьезоэлектрлік тензоры ең жоғары, немесе кем дегенде GaN және AlN-мен салыстыруға болады. Бұл қасиет оны көптеген пьезоэлектрлік қолданыстар үшін, үлкен электромеханикалық байланыс талап ететін, технологиялық тұрғыдан маңызды материал етеді. Сондықтан ZnO, жұқа пленка түрінде, жұқа пленкалық акустикалық резонаторлар үшін ең көп зерттелген резонаторлық материалдардың бірі болып табылады.
Электрлік және оптикалық қасиеттері
Мырыш оксидінің тиімді қасиеттері: жақсы мөлдірлік, жоғары электронды жылдамдық, кең жолақты аралық және бөлме температурасындағы күшті люминесценция. Осы қасиеттер ZnO-ны түрлі жаңа қолданыстар үшін бағалы етеді: сұйық кристалды дисплейлердегі мөлдір электродтар, энергияны үнемдейтін немесе жылудан қорғайтын терезелер, сондай-ақ жұқа пленкалық транзисторлар және жарықдиодтар сияқты электроникада. ZnO бөлме температурасында шамамен 3,3 эВ тікелей, салыстырмалы түрде кең жолақты аралыққа ие. Кең жолақты аралықтың артықшылықтарына жоғары кернеудің өтімділігі, үлкен электр өрістерін көтеру қабілеті, төмен электрондық шу, жоғары температурада және жоғары қуатпен жұмыс істеу мүмкіндігі жатады. ZnO-ның жолақты аралығы магний оксидімен немесе кадмий оксидімен қосылу арқылы шамамен 3–4 эВ-қа дейін өзгертілуі мүмкін. ZnO-ның көп бөлігі, тіпті қасақана допинг болмаған жағдайда да, n-типті сипатқа ие. Нонстехиометрия әдетте n-типті мінездің себебі болып табылады, бірақ бұл мәселе әлі де даулы. Теориялық есептеулерге негізделген, бей-жай сутек қоспаларының себепкер екенін көрсететін баламалы түсіндірме ұсынылды. Zn-ды алюминий, галлий, индий сияқты III топтағы элементтермен немесе оттекті хлор немесе йод сияқты VII топтағы элементтермен алмастыру арқылы басқарылатын n-типті допингке оңай қол жеткізуге болады. ZnO-ның сенімді p-типті допингін жасау қиын. Бұл мәселе p-типті допанттардың төмен ерігіштігінен және олардың көптеген n-типті қоспалармен өтелуінен туындайды. Бұл мәселе GaN және ZnSe үшін де байқалады. "Табиғи" n-типті материалдағы p-типті мінезді өлшеу үлгілердің біртектілігімен қиындатылады. ZnO-ның электрондық және оптоэлектрондық қолдануларын шектейтін p-допингке қатысты ағымдағы шектеулер, олар әдетте n және p-типті материалдардың қосылыстарын қажет етеді. Белгілі p-типті допанттарға I топтағы литий, натрий, калий; V топтағы азот, фосфор және мырыш; сондай-ақ мыс және күміс жатады. Алайда, олардың көпшілігі терең акцепторлар құрайды және бөлме температурасында маңызды p-типті өткізгіштікке ие болмайды. Тесіктердің жылдамдығы туралы деректер аз, мәндері 5–30 см2/(В·с) аралығында. Варистор ретінде әрекет ететін ZnO дискілері көптеген қысқа тұйықталған тізбектердің белсенді материалы болып табылады. Мырыш оксиді, әсіресе көлемдік түрінде, өте сызықтық емес оптикалық қасиеттерімен ерекшеленеді. ZnO нанобөлшектерінің сызықтық емес қасиеттерін олардың мөлшеріне қарай дәл реттеуге болады.
Тікелей емес процесс
Тікелей емес немесе француз процесінде металл мырыш графит ыдысында балқытылады және 907 °C-тан жоғары температурада (әдетте 1000 °C шамасында) буланады. Мырыш буы ауадағы оттегімен реакцияласып, ZnO-ны құрайды, сонымен қатар температурасы төмендейді және жарқын люминесценция байқалады. Мырыш оксидінің бөлшектері салқындату арнасына тасымалданады және қапшақ үйде жиналады. Бұл жанама әдісті 1844 жылы Парижде Эдме Жан ЛеКлер танымал еткендіктен, ол әдетте француз процесі деп аталады. Оның өнімі әдетте орташа өлшемі 0,1-ден бірнеше микрометрге дейінгі агломерацияланған мырыш оксиді бөлшектерінен тұрады. Әлемдегі мырыш оксидінің көп бөлігі салмағы бойынша француз процесі арқылы өндіріледі.
Тікелей процесс
Тікелей немесе американдық процесс әртүрлі ластанған мырыш қоспаларынан, мысалы мырыш кендерінен немесе қорыту өнімдерінен басталады. Мырыш прекурсорлары көміртек көзімен, мысалы антрацитпен қыздыру арқылы тотықсыздандырылады (карботермальдық тотықсыздандыру), нәтижесінде мырыш буы түзіледі, ол кейін жанама процестегідей тотықтырылады. Бастапқы материалдың тазалығы төмен болғандықтан, тікелей процестегі түпкі өнім де жанама процеске қарағанда нашар сапалы болады.
Сулы химиялық процесс
Өнеркәсіптік өндірістің шағын бөлігі ылғалды химиялық процестерді қамтиды, олар мырыш тұздарының сулы ерітінділерінен басталады, олардан мырыш карбонаты немесе мырыш гидроксиді шөгіндіріледі. Содан кейін алынған қатты шөгінді 800 °C температурада қыздырылады.
Зертханалық синтез
[[Файл:Синтетикалық цинцит кристалдары. jpg|thumb|Бұл синтетикалық ZnO кристалдарының қызыл және жасыл түстері оттегінің бос орындарының әртүрлі концентрациясынан немесе балқыту арқылы өсуден туындайды. Дегенмен, ZnO-ның жоғары булану қысымы болғандықтан, балқытудан өсіру қиынға соғады. Газ арқылы тасымалдау арқылы өсіруді бақылау да қиын, сондықтан гидротермиялық әдіс басымдыққа ие. Синтез әдетте 90 °C шамасындағы температурада, мырыш нитраты мен гексаминнің теңмолярлы сулы ерітіндісінде жүргізіледі, соңғысы негіздік ортаны қамтамасыз етеді. Полиэтиленгликоль немесе полиэтилениминин сияқты кейбір қосымшалар ZnO наносымдарының қатынасын жақсарта алады. ZnO наносымдарын допингтеу үшін өсу ерітіндісіне басқа металл нитраттары қосылады. Пайда болған наноқұрылымдардың морфологиясын прекурсордың құрамына қатысты параметрлерді (мысалы, мырыш концентрациясы және pH) немесе жылулық өңдеуге қатысты параметрлерді (мысалы, температура және қыздыру жылдамдығы) өзгерту арқылы реттеуге болады. Алдын ала себілген кремний, шыны және галлий нитридті субстраттардағы түзу ZnO наносымдары негіздік ортада мырыш нитраты және мырыш ацетаты сияқты сулы мырыш тұздарын қолдана отырып өсірілді. ZnO-мен субстраттарды алдын ала себу синтез кезінде ZnO кристалдарының біртекті ядролануы үшін орындар жасайды. Көбінесе қолданылатын алдын ала себу әдістеріне мырыш ацетаты кристаллиттерінің ішкі термиялық ыдырауы, ZnO нанобөлшектерін спин-жағу және ZnO жұқа пленкаларын сақтау үшін физикалық булану әдістерін қолдану кіреді. Алдын ала себуді өсіруден бұрын ядролық орындарды белгілеу үшін электронды сәулелі литография және наносфералық литография сияқты жоғарыдан төменге қарайғы үлгілеу әдістерімен бірге жүргізуге болады. Түзу ZnO наносымдары бояуға сезімтал күн элементтерінде және өрістік эмиссиялық құрылғыларда қолданылуы мүмкін.
Қолданбалар
Цинк оксиді ұнтағының қолданылу аясы кең, олардың бастылары төменде баяндалған. Көптеген қолданыстар оксидтің басқа мырыш қосылыстарын алуға қабілеттілігін пайдаланады. Материалтану саласында цинк оксиді жоғары жарық сыну көрсеткішіне, жоғары жылу өткізгіштігіне, байланыстыру қабілетіне, антибактериялық және ультракүлгін сәуледен қорғау қасиеттеріне ие. Осының салдарынан, ол пластик, керамика, шыны, цемент, резеңке, майлау материалдары сияқты материалдар мен өнімдерге қосылады.
Резеңке өнеркәсібі
ZnO-ның 50-60 пайызы резеңке өнеркәсібінде қолданылады. Мырыш оксиді стеарин қышқылымен бірге резеңкені күкіртпен вулканизациялау процесінде қолданылады. ZnO қоспалары резеңкені саңырауқұлақтардан (медициналық қолданылуына қараңыз) және ультракүлгін сәулелерден қорғайды.
Керамика өнеркәсібі
Керамика өнеркәсібі цинк оксидінің көп мөлшерін, әсіресе керамикалық глазурь және фрит құрамында қолданады. ZnO-ның салыстырмалы түрде жоғары жылу сыйымдылығы, жылу өткізгіштігі және жоғары температурадағы тұрақтылығы, сондай-ақ салыстырмалы түрде төмен кеңею коэффициенті керамика өндірісінде қажетті қасиеттер болып табылады. ZnO балқу температурасы мен глазурьдердің, эмальдардың және керамикалық қоспалардың оптикалық қасиеттеріне әсер етеді. Төмен кеңеюге ие, екіншілік флюс ретінде цинк оксиді температураға байланысты тұтқырлықтың өзгеруін азайту арқылы глазурьдің серпімділігін арттырады және глазурьдің жарылуы мен қабыршақтануының алдын алады. BaO және PbO-ны ZnO-мен алмастыру жылу сыйымдылығын төмендетіп, жылу өткізгіштігін арттырады. Аз мөлшердегі цинк жылтыр және жарқыраған беттердің пайда болуын жақсартады. Ал орташа және көп мөлшерде матовый және кристалды беттерді тудырады. Түс жағынан цинк күрделі әсер етеді. Ол сәби ұнтағы, бөртпеге қарсы кремдер, каламиндін кремі, шашқа қарсы шампунь және антисептикалық майлар сияқты өнімдерде қолданылады. Ол көбінесе касторовый маймен біріктіріліп, жұмсартатын және тартқыш қасиеттері бар, сәбилерді емдеу үшін қолданылатын цинк пен касторовый май кремін құрайды. Бұған қоса, ол спортшылар жаттығу кезінде жұмсақ тіндердің зақымдануын болдырмау үшін таңғыш ретінде қолданатын ("цинк оксиді таңғышы" деп аталатын) лентаның құрамында болады.
Бактерияға қарсы
Цинк оксиді ауыз шаю және тіс пасталарында бактерияға қарсы зат ретінде қолданылады, ол тіс қабығы мен тас пайда болуын болдырмауға, сондай-ақ ауыздағы ұшқыш газдар мен ұшқыш күкірт қосылыстарын (VSC) азайту арқылы жаман демікке қарсы күресуге көмектеседі. Бұл өнімдерде цинк оксиді немесе цинк тұздарымен қатар цетилпиридиний хлориді, ксилитол, хинокитиол, эфир майлары және өсімдік экстракттері сияқты басқа да белсенді ингредиенттер жиі кездеседі. Ұнтақталған цинк оксиді дезодоранттық және бактерияға қарсы қасиеттерге ие. ZnO мақта матаға, резеңкеге, ауыз қуысын күтіп ұстау өнімдеріне және тағам қаптамасына қосылады. Ірі материалмен салыстырғанда ұсақ бөлшектердің күшейтілген бактерияға қарсы әсері ZnO-ға ғана тән емес, күміс сияқты басқа материалдарда да байқалады. Бұл қасиет ұсақ бөлшектердің үлкен беттік ауданымен байланысты.
Күн қорғауы
Мырыш оксиді ультракүлгін сәулелерді жұту үшін күннен қорғайтын кремдерде қолданылады. Бұл АҚШ Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасы (FDA) күннен қорғайтын крем ретінде пайдалануға бекіткен және толығымен фототұрақты зат. Күннен қорғайтын кремнің құрамында қолданылғанда, мырыш оксиді ультракүлгін сәулелердің UVA (320–400 нм) және UVB (280–320 нм) сәулелерін тоқтатып тұрады. Мырыш оксиді және тағы бір кең таралған физикалық күннен қорғайтын зат – титан диоксиді, тітіркендірмейтін, аллергия тудырмайтын және тері тесіктерін бітпейтін заттар саналады. Дегенмен, мырыш оксидінен алынған мырыш теріге шамалы сіңеді. Көптеген күннен қорғайтын кремдер мырыш оксидінің нанобөлшектерін (титан диоксидінің нанобөлшектерімен бірге) пайдаланады, себебі мұндай кішкентай бөлшектер жарықты шашыратпайды, сондықтан ақ түс беруі мүмкін емес. Нанобөлшектер қарапайым мырыш оксиді бөлшектерінен гөрі теріге көп сіңбейді және тек терінің ең сыртқы қабатына сіңеді, бірақ денеге өтпейді.
Тамақ қоспасы
Цинк оксиді көптеген тағамдық өнімдерге, оның ішінде таңғы асқа арналған жаңғақтарға, цинк көзі ретінде қосылады, ол қажетті нутриент. Цинк сульфаты да осы мақсатта қолданылады. Кейбір алдын ала дайындалған тағамдарда, тіпті ол нутриент ретінде қосылмаса да, аздаған мөлшерде ZnO кездеседі.
Пигменттер
Цинк оксиді (цинк ақ) бояуларда пигмент ретінде қолданылады, литопоннан жабықрақ, бірақ титан диоксидінен азырақ. Цинк ақтың майлы бояуларда пигмент ретінде қолданылуы 18-шы ғасырдың ортасында басталды. Ол уытты қорғасын ақтың орнын ішінара басты және Беклин, Ван Гог, Мане, Мунк сияқты суретшілер қолданды. Бұл сонымен қатар минералды косметиканың (CI 77947) негізгі құрамында болады.
Ультрафиолетті сәулелерді сіңіру
Микронизацияланған және наноөлшемді мырыш оксиді UVA және UVB ультракүлгін сәулесінен күшті қорғаныс береді, осылайша күннен қорғау кремдерінде, сондай-ақ ғарышта қолдануға арналған және дәнекерлеу кезінде қорғану үшін ультракүлгін сәулелерді тоқтатуға арналған күн көзілдіріктерінде пайдаланылады. Бұл зерттеулерді Jet Propulsion Laboratory (JPL) ғалымдары жүргізген.
Қаптамалар
Цинк оксиді ұнтағын қамтитын бояулар металдарды коррозиядан қорғау үшін қаптама ретінде ұзақ жылдар бойы қолданылып келеді. Олар әсіресе мырышталған темір үшін тиімді. Темірді қорғау қиын, себебі оның органикалық қаптамалармен реакцияға түсуі нәзіктікке және жабысудың нашарлауына әкеледі. Цинк оксиді бояулары мұндай беттерде көп жылдар бойы икемділігін және жабысуын сақтайды. ZnO:Al жабындары энергияны үнемдеу немесе жылудан қорғау үшін қолданылады. Жабын көрінетін спектрдің бөлігін өткізеді, бірақ инфрақызыл сәулесін бөлмеге қайтарады (энергияны үнемдеу) немесе инфрақызыл сәулесін бөлмеге кіргізбейді (жылудан қорғау), бұл терезенің қай жағына жабылғанына байланысты. Мырыш оксиді қабаттары сыртқы қолдануда поликарбонатқа да қолданылуы мүмкін. Жабын поликарбонатты күн сәулесінен қорғайды, оның тотығу жылдамдығын және сарғышуын азайтады.
Ядролық реакторларда коррозияның алдын алу
64Zn-мен (атомдық массасы 64 цинк изотопы) кемітілген мырыш оксиді ядролық қысымды су реакторларында коррозияны болдырмау үшін қолданылады. Бұл кеміту қажет, себебі реактор нейтрондарының әсерінен 64Zn радиоактивті 65Zn-ге айналады.
Электроника
жұмыс істеп тұрған ZnO UV лазерлік диодтың және тиісті құрылғы құрылымының суреті. ZnO нанотабандарына негізделген икемді газ сенсоры және оның ішкі құрылымы. ITO – индий қақтауының оксиді, ал PET – полиэтилен терефталаты. ZnO кең тікелей жолақты арақашықтығына ие (бөлме температурасында 3,37 eV немесе 375 нм). Сондықтан оның ең көп таралған мүмкін қолданылуы лазерлік диодтар мен жарықдиодтарда (LED) кездеседі. Сонымен қатар, ZnO-да ультражылдам сызықтық емес және фотоөткізгіштік қасиеттері туралы хабарланған. ZnO-ның кейбір оптоэлектрондық қолданылуы GaN-мен үйлеседі, оның жолақтық аралығы ұқсас (~3,4 eV бөлме температурасында). GaN-мен салыстырғанда ZnO-ның экситон байланыс энергиясы жоғары (~60 меВ, бөлме температурасындағы жылу энергиясының 2,4 есе), бұл ZnO-дан бөлме температурасында жарқын сәуле шығаруға мүмкіндік береді. ZnO-ны LED қолданылуы үшін GaN-мен біріктіруге болады. Мысалы, мөлдір өткізгіш оксид қабаты және ZnO наноқұрылымдары жарықтың жақсырақ сыртқа шығуына ықпал етеді. ZnO-ның электрондық қолдануға қолайлы басқа да қасиеттері – жоғары энергиялы сәулеленуге төзімділігі және ылғалды химиялық әдіспен өңдеу арқылы пішімдеуге қабілеттілігі. Сәулеленуге төзімділігі ZnO-ны ғарыш қолданылуы үшін перспективті кандидат етеді. ZnO кездейсоқ лазерлер саласында электрондық түрде қоздырылатын УФ лазерлік көзді жасау үшін ең үміткер болып табылады. ZnO нанотабандарының ұштары электр өрісін күшейтеді, сондықтан оларды өріс эмитерлері ретінде қолдануға болады. Алюминий қосылған ZnO қабаттары мөлдір электродтар ретінде қолданылады. Zn және Al элементтері әдетте қолданылатын индий қақтауының оксидінен (ITO) әлдеқайда арзан және аз улы. Коммерциялық қолданысқа ендіріліп келе жатқан бір мүмкіндік – ZnO-ны күн батареяларының немесе сұйық кристалды дисплейлердің алдыңғы контакты ретінде пайдалану. ZnO-дан мөлдір жұқа пленкалық транзисторларды (TTFT) жасауға болады. Өріс эффектілі транзисторлар ретінде оларға p-n торабы қажет емес, осылайша ZnO-ның p-типті допингімен байланысты мәселенің алдын алады. Кейбір өріс эффектілі транзисторлар тіпті өткізгіш арналар ретінде ZnO нанотабандарын пайдаланады.
Газ сенсорлары
Цинк оксиді сутек сульфиді, азот диоксиді және ұшқыш органикалық қосылыстар сияқты ауадағы заттарды анықтау үшін жартылай өткізгіш газ сенсорларында қолданылады. ZnO – бұл жартылай өткізгіш, ол азайтушы заттардың адсорбциясы арқылы n-типке допингтеледі, бұл құрылғы арқылы өлшенетін электрлік кедергіні кеңінен қолданылатын қалайы оксиді жартылай өткізгіш газ сенсорларына ұқсас әдіспен төмендетеді. Газдармен өзара әрекеттесу үшін үлкен беттік аумақты қамтамасыз ету мақсатында ол жұқа пленкалар, нанобөлшектер, наноқұрылымдар немесе наносымдар сияқты наноқұрылымдарға айналдырылады. Сенсорлар допингтеу немесе катализдік асыл металдар сияқты беттік жабыстыру материалдарын қолдану арқылы нақты газға қатысты таңдамалы болады.
Литий-ионды аккумулятор және суперконденсаторлар
ZnO литий-ионды аккумуляторы үшін үміт беретін анод материалы болып табылады, себебі ол арзан, биоүйлесімді және қоршаған ортаға зиянсыз. ZnO-ның теориялық сыйымдылығы (978 мАч г-1) CoO (715 мАч г-1), NiO (718 мАч г-1) және CuO (674 мАч г-1) сияқты көптеген басқа көшісі металл оксидтерінен жоғары. ZnO суперконденсаторларда электрод ретінде де қолданылады.
Қауіпсіздік
Азық-түлік қоспасы ретінде мырыш оксиді АҚШ-тың FDA-ның жалпыға бірдей қауіпсіз деп танылған (GRAS) заттар тізіміне кіреді. Мырыш оксидінің өзі зиянды емес, бірақ мырыш немесе мырыш қорытпаларын жоғары температурада балқытып, тотықтырған кезде пайда болатын мырыш оксиді түтінінің жоғары концентрациясын тыныс алу қауіпті. Бұл мәселе мыс қорытпаларын балқыту кезінде туындайды, себебі мыстың балқу температурасы мырыштың қайнау температурасына жақын. Мырышталған (мырышпен қапталған) болатты дәнекерлеу кезінде пайда болуы мүмкін мырыш оксидін тыныс алу, "металл түтінінен қыздыру" деп аталатын ауруға әкелуі мүмкін.