Цинк оксид или цинков оксид — неорганско соединение со формула ZnO. Тоа е бел прав кој е нерастворлив во вода. ZnO се користи како додаток во бројни материјали и производи, вклучувајќи козметика, додатоци во исхраната, гуми, пластика, керамика, стакло, цемент, лубрикант, бои, креми за сончање, масти, лепила, заптивки, пигменти, храна, батерии, ферити, противпожарни средства, полупроводници, и ленти за прва помош. Иако природно се јавува како минерал цинцит, повеќето цинк оксид се произведуваат синтетички.
Историја Соединенијата на цинкот веројатно биле користени од раните луѓе, во обработени и необработени форми, како боја или медицинска маст, но нивниот состав е неизвесен. Употребата на пушпанџан, веројатно цинк оксид, како лек за очи и отворени рани, се споменува во индискиот медицински текст Charaka Samhita, за кој се смета дека датира од 500 п.н.е. или порано. Маста со цинк оксид ја споменува и грчкиот лекар Диоскорид (1 век од нашата ера). Гален предложи да се третираат улцеративните карциноми со цинк оксид, како и Авицена во неговиот Канон на медицината. Се користи како состојка во производи како бебешка пудра и креми против осип на пелени, крема со каламин, шампони против првут и антисептички масти.
Римјаните произвеле значителни количини месинг (легура на цинк и бакар) уште во 200 п.н.е. со процес на цементирање каде бакарот бил реагиран со цинк оксид. Се смета дека цинк оксидот е произведен со загревање на цинковата руда во шахтна печка. Ова го ослободи металниот цинк како пареа, која потоа се искачи на каналот и се кондензира како оксид. Овој процес бил опишан од Диоскорид во 1 век од нашата ера. Цинк оксид, исто така, е пронајден од рудниците за цинк во Завар во Индија, кои датираат од втората половина на првиот милениум п.н.е.
Од 12 до 16 век цинкот и цинк оксидот биле препознаени и произведени во Индија користејќи примитивна форма на процесот на директна синтеза. Од Индија, производството на цинк се преселило во Кина во 17 век. Во 1743 година, првата европска топилница за цинк била основана во Бристол, Обединетото Кралство.General Information of Zinc from the National Institute of Health, WHO, and International Zinc Association . Retrieved 10 March 2009 Околу 1782 година Луј-Бернард Гитон де Морво предложил замена на белото олово со цинк оксид.
Главната употреба на цинк оксидот (цинк бела) била во бои и како додаток на мастите. Белиот цинк бил прифатен како пигмент во сликите во масло до 1834 година, но не се мешал добро со маслото. Овој проблем беше решен со оптимизирање на синтезата на ZnO. Во 1845 година, ЛеКлер во Париз ја произведуваше маслената боја во голем обем, а до 1850 година, цинк белата се произведуваше низ цела Европа. Успехот на цинковата бела боја се должи на нејзините предности во однос на традиционалното бело олово: цинковото бело е суштински трајно на сончева светлина, не е поцрнето од воздухот што содржи сулфур, не е токсичен и поекономичен. Бидејќи цинковото бело е толку „чисто“, вредно е за правење нијанси со други бои, но прави прилично кршлив сув филм кога не се меша со други бои. На пример, во текот на доцните 1890-ти и раните 1900-ти, некои уметници користеле цинкова бела како основа за нивните слики во масло. Сите тие слики развија пукнатини со текот на годините.
Во последно време, најголемиот дел од цинк оксидот се користел во индустријата за гума за да се спротивстави на корозија. Во 1970-тите, втората најголема примена на ZnO беше фотокопирањето. Висококвалитетниот ZnO произведен со „француски процес“ беше додаден во хартијата за фотокопирање како филер. Оваа апликација набрзо беше поместена од титан.
Хемиски својства Чистиот ZnO е бел прав, но во природата се јавува како редок минерал цинцит, кој обично содржи манган и други нечистотии кои даваат жолта до црвена боја.
Кристалниот цинк оксид е термохроматски, се менува од бело во жолто кога се загрева во воздух и се враќа во бело при ладење. Оваа промена на бојата е предизвикана од мала загуба на кислород во околината при високи температури за да се формира не-стехиометрискиот Zn1+xO, каде на 800 °C, x = 0,00007.
Цинк оксидот е амфотерен оксид. Тој е речиси нерастворлив во вода, но ќе се раствори во повеќето киселини, како што е хлороводородна киселина: ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O Цврстиот цинк оксид исто така ќе се раствори во алкали и ќе даде растворливи цинкати: ZnO + 2 NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]
ZnO полека реагира со масните киселини во маслата за да ги произведе соодветните карбоксилати, како што се олеат или стеарат. Кога се меша со силен воден раствор на цинк хлорид, ZnO формира производи слични на цемент најдобро опишани како цинк хидрокси хлориди. Овој цемент се користел во стоматологијата.
ZnO, исто така, формира материјал сличен на цемент кога се третира со фосфорна киселина; сродни материјали се користат во стоматологијата. Главна компонента на цинк фосфатниот цемент произведен со оваа реакција е хопеит, Zn3(PO4)2·4H2O.
ZnO се распаѓа на цинкова пареа и кислород на околу 1975 °C со стандарден притисок на кислород. Во карботоплинска реакција, загревањето со јаглерод го претвора оксидот во цинкова пареа на многу пониска температура (околу 950 °C). ZnO + C → Zn(пареа) + CO
Физички својства
Структура Цинк оксидот се кристализира во две главни форми, шестаголен вурцит и кубен цинкбленд. Структурата на вурцит е најстабилна при амбиентални услови и затоа е најчеста. Формата на цинкбленд може да се стабилизира со одгледување на ZnO на подлоги со кубна решеткаста структура. Во двата случаи, центрите на цинк и оксид се тетраедарски, најкарактеристичната геометрија за Zn(II). ZnO се претвора во мотив на камена сол при релативно високи притисоци околу 10 GPa. Многубројните извонредни медицински својства на кремите што содржат ZnO може да се објаснат со неговата еластична мекост, што е карактеристично за тетраедарските координирани бинарни соединенија блиску до преминот кон октаедарски структури.
Шестаголните и цинкблендните полиморфи немаат инверзивна симетрија (одразот на кристал во однос на која било дадена точка не го трансформира во самиот себе). Ова и другите својства на симетрија на решетката резултираат со пиезоелектрицитет на шестаголниот и цинкблендот ZnO и пироелектрицитет на шестоаголниот ZnO.
Шестоаголната структура има точковна група 6 mm (Hermann–Mauguin нотација) или C6v (Schoenflies нотација), а просторна група е P63mc или C6v4. Константите на решетката се a = 3.25 Å и c = 5.2 Å; нивен сооднос c/a ~ 1,60 е блиску до идеалната вредност за шестаголна ќелија c/a = 1.633. Како и кај повеќето материјали од групата II-VI, врзувањето во ZnO е главно јонско (Zn2+O2−) со соодветните радиуси од 0,074 nm за Zn2+ и 0,140 nm за O2−. Ова својство е одговорно за преференцијалното формирање на структурата на вурцит наместо цинкова мешавина, како и за силниот пиезоелектрицитет на ZnO. Поради поларните врски Zn−O, рамнините на цинкот и кислородот се електрично наполнети. За да се одржи електричната неутралност, тие рамнини се реконструираат на атомско ниво во повеќето релативни материјали, но не и во ZnO - неговите површини се атомски рамни, стабилни и не покажуваат реконструкција Сепак, студиите со употреба на вурцоидни структури го објаснија потеклото на површинската плошност и отсуството на реконструкција на површините на ZnO вурцит како додаток на потеклото на полнежите на рамнините на ZnO.
Механички својства ZnO е полупроводник со јаз со широк опсег од II-VI полупроводничка група. Природниот допинг на полупроводникот поради празни места на кислород или интерстицијали од цинк е од n-тип.
ZnO е релативно мек материјал со приближна цврстина од 4,5 на Мосовата скала. Неговите еластични константи се помали од оние на релевантните III-V полупроводници, како што е GaN. Високиот топлински капацитет и топлинска спроводливост, малата топлинска експанзија и високата температура на топење на ZnO се корисни за керамиката. Оптичкиот фонон E2 во ZnO покажува невообичаено долг животен век од 133 ps на 10 К.
Помеѓу тетраедрално поврзаните полупроводници, беше наведено дека ZnO има највисок пиезоелектричен тензор, или барем еден споредлив со оној на GaN и AlN. Ова својство го прави технолошки важен материјал за многу пиезоелектрични апликации, кои бараат голема електромеханичка спојка. Затоа, ZnO во форма на тенок слој е еден од најпроучените материјали за резонатори за акустични резонатори со тенок филм.
Електрични и оптички својства Поволните својства на цинк оксидот вклучуваат добра проѕирност, висока подвижност на електрони, широк појас и силна луминисценција на собна температура. Тие својства го прават ZnO вреден за различни апликации кои се појавуваат: проѕирни електроди во дисплеи со течни кристали, прозорци за заштеда на енергија или топлина и електроника како транзистори со тенок филм и диоди што емитуваат светлина.
ZnO има релативно голем директен појас од ~ 3,3 eV на собна температура. Предностите поврзани со големиот јаз во опсегот вклучуваат повисоки пробивни напони, способност за одржување на големи електрични полиња, помал електронски шум и работа со висока температура и висока моќност. Појасниот јаз на ZnO може дополнително да се намести на ~ 3–4 eV со негово легирање со магнезиум оксид или кадмиум оксид.
Повеќето ZnO имаат карактер од n-тип, дури и во отсуство на намерен допинг. Нестоихиометријата е типично потеклото на карактерот n-тип, но темата останува контроверзна. Предложено е алтернативно објаснување, врз основа на теоретски пресметки, дека се одговорни ненамерните супституционални водородни нечистотии. Контролиран допинг од n-тип лесно се постигнува со замена на Zn со елементи од групата III како што се Al, Ga, In или со замена на кислородот со елементи од групата VII хлор или јод.
Сигурното допигување од p-тип на ZnO останува тешко. Овој проблем потекнува од ниската растворливост на допингуваните од р-тип и нивната компензација со изобилни нечистотии од n-тип. Овој проблем е забележан со GaN и ZnSe. Мерењето на p-типот во материјалот „суштински“ од n-тип е комплицирано поради нехомогеноста на примероците.
Тековните ограничувања на p-допинг ги ограничуваат електронските и оптоелектронските апликации на ZnO, кои обично бараат спојување на материјал од n-тип и p-тип. Познати допангати од p-тип вклучуваат елементи од групата I Li, Na, K; група-V елементи N, P и As; како и бакар и сребро. Сепак, многу од нив формираат длабоки акцептори и не произведуваат значајна спроводливост од p-тип на собна температура.
Подвижноста на електроните на ZnO силно варира со температурата и има максимум ~2000 cm2/(V·s) на 80 K.. Податоците за подвижноста на дупките се ретки со вредности во опсег од 5–30 cm2/(V·s).
Дисковите со ZnO, кои делуваат како варистор, се активниот материјал во повеќето одводници на пренапони.René Smeets, Lou van der Sluis, Mirsad Kapetanovic, David F. Peelo, Anton Janssen. "Switching in Electrical Transmission and Distribution Systems". 2014. p. 316.Mukund R. Patel. "Introduction to Electrical Power and Power Electronics". 2012. p. 247.
Цинк оксидот е познат по своите силно нелинеарни оптички својства, особено во најголемиот дел. Нелинеарноста на наночестичките ZnO може фино да се прилагоди според нивната големина.
Производтсво За индустриска употреба, ZnO се произведува на нивоа од 105 тони годишно со три главни процеси:
Индиректен процес