Oxeidio tou Psevdargyrou

Το οξείδιο του Ψευδαργύρου (Zinc Oxide) είναι μια χημική ένωση οξυγόνου (Ο) και ψεδαργύρου (Zn), εξ ου και οξείδιο, με μοριακό τύπο ZnO. Είναι σχεδόν αδιάλυτη στο νερό αλλά διαλυτή σε οξέα ή αλκάλια. Υφίσταται ως λευκή σκόνη, κοινώς γνωστή ως το "λευκό του ψευδαργύρου" σε λευκούς εξαγωνικούς κρυστάλλους. Παραμένει λευκή όταν εκτεθεί στο σουλφίδιο του υδρογόνου όπως και την υπεριώδη ακτινοβολία. Το κρυσταλλικό οξείδιο του ψευδαργύρου εμφανίζει το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο και είναι θερμοχρωμικό (δηλαδή αλλάζει χρώμα από λευκό σε κίτρινο όταν θερμανθεί και επανακτά το λευκό, όταν επανέλθει στην αρχική θερμοκρασία). Το οξείδιο του ψευδαργύρου αποσυντίθεται σε ατμούς ψευδαργύρου και οξυγόνο στους 1975 °C περίπου. Το υψηλής ποιότητας μονοκρυσταλλικό ZnO είναι σχεδόν διαφανές. Καπνοί οξειδίου του ψευδαργύρου παράγονται κατά το λιώσιμο ορειχάλκου διότι το σημείο τήξης του ορειχάλκου είναι κοντά στο σημείο τήξης του ψευδαργύρου. Έκθεση του ανθρώπου σε οξείδιο του ψευδαργύρου αιωρούμενου στον αέρα όπως επίσης και κατά την διάρκεια συγκόλλησης μπορεί να προκαλέσει αρνητικές επιπτώσεις, προκαλώντας νευρική ασθένεια γνωστή ως "ασθένεια του μεταλλικού καπνού". Το οξείδιο του ψευδαργύρου εμφανίζεται στην φύση στο ορυκτό του ψευδαργυρίτη (zincite).

Το ZnO υπό μορφή σκόνης

Το οξείδιο του ψευδαργύρου σε μίξη με περίπου 0.5% οξείδιο του σιδήρου (Fe₂O₃) ονομάζεται καλαμίνα και χρησιμοποιείται στην λοσιόν καλαμίνας. Υπάρχουν επίσης και δύο ορυκτά, ο σμιθονίτης και ο ημιμορφίτης, τα οποία έχουν ιστορικά ονομαστεί καλαμίνες. Το υπεροξείδιο του ψευδαργύρου, ZnO₂.½ H₂O, είναι μια λευκή προς κίτρινη σκόνη η οποία χρησιμοποιείται στην παρασκευή αντισηπτικών αλοιφών. Το λευκό του ψευδαργύρου χρησιμοποιείται ως χρωστική ουσία σε μπογιές και είναι πιο διαυγές από την λιθοφώνη, αλλά λιγότερο διάφανο από το διοξείδιο του τιτανίου. Χρησιμοποιείται επίσης ως επίστρωση χαρτιών. Το κινέζικο λευκό είναι μια ειδική βαθμίδα του ψευδαργύρου η οποία χρησιμοποιείται ως καλλιτεχνική χρωστική ουσία. Επειδή αντανακλά και στις UVA αλλά και στις UVB ακτίνες του υπεριώδους φωτός, το οξείδιο του ψευδαργύρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αλοιφές, κρέμες και λοσιόν, προστατεύοντας από το κάψιμο του ηλίου και άλλες ζημιές που προκαλούνται στο δέρμα από την υπεριώδη ακτινοβολία. Το οξείδιο του ψευδαργύρου και το στεαρικό οξύ (stearic acid) αποτελούν σημαντικά συστατικά στην εμπορική βιομηχανία ελαστικών ειδών. Σωστή ανάμιξη αυτών των δύο συστατικών επιτρέπει γρηγορότερη και περισσότερο ελεγχόμενη σύνθεση ελαστικού. Το οξείδιο του ψευδαργύρου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί και ως πληρωτικό σε ορισμένα μίγματα ελαστικών. Το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι ένας ημιαγωγός με εύρος ενεργειακού διακένου (direct band gap) 3,37 eV (σε θερμοκρασία δωματίουπρόκειται για 368 nm, περιοχή του βαθέως ιώδους χρώματος, στα όρια της ακτινοβολίας UV). Κοινή εφαρμογή απαντά σε εφαρμογές αισθητήρων αερίων. Με στοιχεία του 2003, είναι γνωστό πως στα πλαίσια καινοτόμου έρευνας χρησιμοποιείται για την παρασκευή μπλέ LED και διαφανών TFT.

Το ZnO χρησιμοποιείται για την παρασκευή μπλέ LED και διαφανών TFT (*)

Τα λεπτά υμένια τύπου-n μετά από προσθήκες (n-type doped films) χρησιμοποιούνται συχνά στην τεχνολογία των λεπτών υμενίων, όπου το οξείδιο του ψευδαργύρου εξυπηρετεί ως Διαφανές Οξείδιο Αγωγής (Transparent Conducting Oxide - TCO). Η προσθήκη τύπου-n καθίσταται δυνατή με εισαγωγή διάμεσων ατελειών υδρογόνου ή ψευδαργύρου. Οι ατέλειες οφειλόμενες στο οξυγόνο δεν θεωρείται πλέον πως συνεισφέρουν στην αγωγιμότητα τύπου-n διότι οι στάθμες αυτές εντοπίζονται πολύ βαθιά στο ενεργειακό διάκενο. Η προσθήκη τύπου-p είναι δύσκολη και αποτελεί ένα σύγχρονο πεδίο έρευνας. Ηλιακοί συλλέκτες λεπτών υμενίων, LCD και επίπεδες οθόνες αποτελούν τυπικές εφαρμογές αυτού του υλικού. Το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι διαφανές και αγώγιμο με αποτέλεσμα να είναι δυνατή η χρήση του ως διαφανές ηλεκτρόδιο. Το Indium tin oxide (ITO) αποτελεί άλλο ένα παράδειγμα διαφανούς αγώγιμου οξειδίου το οποίο χρησιμοποιείται συχνά στην μικροηλεκτρονική. Τα νανοϋλικά βασισμένα στο ZnO αποτελούν πολλά υποσχόμενους υποψηφίους για την τεχνολογία της νανοηλεκτρονικής και των φωτονικών εφαρμογών. Συγκρινόμενο με άλλα ημιαγώγιμα υλικά, το ZnO παρουσιάζει υψηλότερη exciton binding energy (60 meV), είναι περισσότερο ανθεκτικό έναντι της ακτινοβολίας και πολυλειτουργικό (πιεζοηλεκτρικό, φερροηλεκτρικό και φερρομαγνητικό). Νανοσυρματίδια τοποθετημένα σε σωστή στοίχιση, μπορούν να αναπτυχθούν σε ποικίλα υποστρώματα με χρήση της μεθόδου MOCVD σε χαμηλές θερμοκρασίες. Έχει επίσης παρατηρηθεί η επιλεκτική ανάπτυξη νανοσυρματιδίων ZnO σε υπόβαθρο προσχηματισμένου SOS (Silicon On r-Sapphire), τεχνική η οποία υπόσχεται την ανάπτυξη ημιαγωγών βασισμένων στο ZnO και συσκευών βασισμένων σε νανοσυρματίδια, επάνω σε υπόβαθρο ενός και μόνο chip.

Το οξείδιο του ψευδαργύρου, αναγνωρίζεται ως ελαφρύ αντιμικροβιακό, ιαματικό έναντι των πληγών και αντηλιακό.

* Πρωτογενής Πυροηλεκτρικός Παράγοντας: -6.8 μC/m2·K

* Δευτερογενής Πυροηλεκτρικός Παράγοντας: -2.5 μC/m2·K

* Συνολικός Πυροηλεκτρικός Παράγοντας: -9.4 μC/m2·K

Το οξείδιο του ψευδαργύρου παράγεται με οξείδωση μεταλλικού Ψευδαργύρου σε υψηλές θερμοκρασίες. Υφίστανται μεταξύ άλλων δύο κύριες μέθοδοι, η άμεση και η έμμεση. Κατά την άμεση μέθοδο, κοιτάσματα ψευδαργύρου ή συγκεντρώσεις εψημένων σουλφιδίων αναμιγνύονται με άνθρακα. Σε κατάλληλο φούρνο, o ψευδάργυρος μεταπίπτει σε μεταλλικό ψευδάργυρο και ατμούς ψευδαργύρου. Οι ατμοί αντιδρούν με οξυγόνο προς παραγωγή ZnO:

Κατά την έμμεση μέθοδο, μεταλλικός ψευδάργυρος ατμοποιείται σε κατάλληλα δοχεία. Οι ατμοί αντιδρούν με το οξυγόνο το οποίο βρίσκεται στον αέρα με αποτέλεσμα το σχηματισμό ZnO. Ως εκ τούτου λαμβάνεται Οξείδιο σε λεπτομερή καλοσχηματισμένη μορφή (Lana Philosophia):

Μπορεί επίσης να παρασκευαστεί ZnO μέσω πυρόλυσης του υδροξειδίου του Zn, ανθρακικού Zn ή νιτρδίου του Zn. Σε υψηλές θερμοκρασίες λοιπόν το υδροξείδιο του Zn δίνει ZnO και νερό:

Μέσω πυρόλυσης του ανθρακικού σε υψηλές θερμοκρασίες:

Λεπτομερείς αποθέσεις ZnO μπορεί κανείς να λάβει επίσης με χρήση μεθόδων PVD, όπως το Sputtering και το CVD.

* Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD): Στρώματα ZnO επιστρώνονται κυρίως με τις τεχνικές Sputtering and Chemical Vapor Deposition (CVD). Η τελευταία μέθοδος επιτρέπει την ανάπτυξη μιας τραχείας επιφάνειας, η οποία μπορεί να διαχύσει το διερχόμενο φως μέσω διασποράς, αυξάνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών.

* "Oxygen Vacancies in ZnO", A. Janotti and C. G. Van de Walle, Appl. Phys. Lett. 87, 122102 (2005)

* Selective MOCVD growth of ZnO nanotips, Muthukumar, S. Haifeng Sheng, Jian Zhong, Zheng Zhang, Emanetoglu, N.W., Yicheng Lu; Nanotechnology, IEEE, Volume 2, Issue 1, Mar 2003

* Institut für Halbleitertechnik (Institute for Semiconductor Technology) of the Technical University Braunschweig, Germany - http://www.iht.tu-bs.de/bakin/zno.html, 2007

Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License