Oxyde de zinc purest une substance inorganique de formule chimique ZnO, poudre blanche ou cristal hexagonal. Il est inodore, insipide et sans sable. Il jaunit lorsqu'il est chauffé, redevient blanc après refroidissement et se sublime lorsqu'il est chauffé à 1800 degrés. Le pouvoir couvrant est la moitié de celui du dioxyde de titane et du sulfure de zinc. Le pouvoir colorant est deux fois supérieur à celui du carbonate de plomb basique. C'est un oxyde de zinc. Il est insoluble dans l’eau, soluble dans les acides et les bases fortes. L'oxyde de zinc est un additif chimique courant, largement utilisé dans la production de plastiques, de produits silicatés, de caoutchouc synthétique, d'huile lubrifiante, de revêtements de peinture, de pommades, d'adhésifs, d'aliments, de batteries, de retardateurs de flamme et d'autres produits. L'oxyde de zinc a une grande bande interdite d'énergie et une énergie de liaison aux excitons, une transparence élevée et d'excellentes performances de luminescence à température ambiante. Il est largement utilisé dans les écrans à cristaux liquides, les transistors à couches minces, les diodes électroluminescentes - et d'autres produits dans le domaine des semi-conducteurs. De plus, les micro-oxydes de zinc en particules en tant que nano-matériau ont également commencé à jouer un rôle dans des domaines connexes.
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Formule chimique |
OZn |
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Masse exacte |
80 |
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Poids moléculaire |
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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Analyse élémentaire |
O, 19.66 ; Zn, 80,34 |
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Oxyde de zinc purexiste principalement sous forme de poudre blanche ou de minerai de zinc rouge. La petite quantité d'impuretés telles que le manganèse dans le minerai de zinc rouge donne au minerai une apparence jaune ou rouge. Lorsque les cristaux d'oxyde de zinc sont chauffés, une petite quantité d'atomes d'oxygène débordera (0,007 % du nombre total d'atomes d'oxygène débordera à 800 degrés C), ce qui fera apparaître la substance en jaune. Lorsque la température baisse, le cristal redevient blanc.
(1) Industrie du caoutchouc
Utilisé dans l'industrie du caoutchouc ou du câble comme agent de vulcanisation, agent de renforcement et agent colorant pour le caoutchouc naturel, le caoutchouc synthétique et le latex, pour donner au caoutchouc une bonne résistance à la corrosion, à la déchirure et une bonne élasticité. L'agent colorant et la charge de caoutchouc blanc sont utilisés comme agents de vulcanisation dans le caoutchouc chloroprène, et ceux contenant de petites particules (d'une taille d'environ 0,1 µm) peuvent être utilisés comme stabilisants à la lumière pour les plastiques tels que les polyoléfines ou le chlorure de polyvinyle. La conductivité thermique du caoutchouc de silicone pur typique est relativement faible ; En ajoutant de la poudre conductrice thermique ZnO, la conductivité thermique du caoutchouc de silicone peut être améliorée tout en conservant sa haute résistance. Même à des teneurs de remplissage relativement faibles, l’ajout de charges nanométriques peut atteindre une conductivité thermique élevée. Cependant, en raison de la faible interaction entre la surface des nanoparticules et des polymères, les nanoparticules de ZnO ont tendance à s'agréger et à former des particules de grande taille dans la matrice polymère, ce qui affecte les propriétés mécaniques du caoutchouc.
(2) Industrie textile
Pour les revêtements textiles, les textiles imperméables et autonettoyants ont des applications commerciales prometteuses dans les domaines militaire et quotidien. Les textiles autonettoyants et imperméables aident à prévenir les taches sur les vêtements et à protéger le corps des rayons UV nocifs du soleil. De plus, les revêtements nanostructurés ZnO sont plus respirants et plus efficaces en tant que bloqueurs UV que leurs homologues.
(3) Industrie pharmaceutique et cosmétique
L'oxyde de zinc est utilisé en dentisterie, principalement comme ingrédient dans le dentifrice et également comme obturation temporaire. Le ZnO est également utilisé dans divers types de produits nutritionnels et de compléments alimentaires pour fournir du zinc alimentaire essentiel. L’utilisation de nanoparticules de ZnO dans les crèmes solaires contient des formulations visqueuses difficiles à appliquer sur la peau et peu attractives en termes de beauté. Parce qu’ils peuvent absorber les rayons ultraviolets, ces produits ont commencé à être utilisés dans les crèmes pour le visage. L'oxyde de zinc peut également être utilisé comme pâte pour la restauration dentaire.
(4) Industrie catalytique
Les paires de trous d'électrons sont générées en dessous de l'intensité lumineuse par des réactions d'oxydation ou de réduction se produisant à la surface du catalyseur. En présence de photocatalyseurs, les polluants organiques peuvent être directement oxydés par des trous photogénérés ou indirectement oxydés par des réactions avec des espèces réactives de l'oxygène (ROS). Les catalyseurs courants incluent le ZnO, qui peut présenter une activité photocatalytique inférieure à l'intensité de la lumière ultraviolette. Le ZnO a une mauvaise stabilité et une faible sensibilité à la photocorrosion. Cependant, l’oxyde de zinc offre une meilleure stabilité, une meilleure cristallinité et des défauts plus petits. L'ajout d'autres composants peut encore améliorer l'activité photocatalytique du ZnO et élargir la plage spectrale visible de l'oxyde de zinc.
(5) Industrie électronique
L'oxyde de zinc est un nouveau type de semi-conducteur important avec de nombreuses applications dans les domaines de l'électronique et de l'électrotechnique. Sa large bande d'énergie (3,37 eV) et son énergie de liaison élevée (60 meV) à température ambiante signifient que l'oxyde de zinc peut être utilisé dans des dispositifs optoélectroniques et électroniques, des dispositifs émettant des ondes acoustiques de surface, des émetteurs de champ, des capteurs, des lasers ultraviolets et des cellules solaires.
(6) Autres domaines
Les catalyseurs de synthèse organique et les désulfurants sont utilisés comme matrices pour les réactifs analytiques, les réactifs de référence, les agents fluorescents et les matériaux photosensibles.
Dans l'industrie des engrais, le gaz brut est utilisé pour la désulfuration de précision dans la synthèse de l'ammoniac, du pétrole, de la désulfuration chimique du gaz brut du gaz naturel et des processus de désulfuration et de purification en profondeur du gaz brut et du pétrole industriels tels que la production de méthanol et d'hydrogène.
Utilisé pour la copie humide électrostatique, l'impression par transfert à sec, la communication par fax laser, l'enregistrement électrostatique d'ordinateurs électroniques et la fabrication de fichiers de plaques électrostatiques.
Utilisé dans l'industrie du plastique, les produits de la série cosmétique de protection solaire, les produits céramiques spéciaux, les revêtements fonctionnels spéciaux et le traitement de l'hygiène textile.
Produit pharmaceutique, utilisé comme astringent, pour fabriquer des onguents, des pâtes de zinc et des pâtes de caoutchouc.
Utilisé comme pigment blanc, son pouvoir colorant est inférieur à celui du dioxyde de titane et du lithopone. Utilisé pour colorer la résine ABS, le polystyrène, la résine époxy, la résine phénolique, la résine aminée, le polychlorure de vinyle, ainsi que les peintures et encres. Utilisé pour la production de pigments tels que le jaune de chrome de zinc, l'acétate de zinc, le carbonate de zinc, le chlorure de zinc, etc.
Fabrication de matériaux laser électroniques, de phosphores, de catalyseurs et de matériaux magnétiques.
Il est également utilisé dans la production de tissus laqués, de cosmétiques, d'émail, de cuir, etc.
Utilisé pour l'impression et la teinture, la fabrication du papier, les allumettes, l'industrie pharmaceutique, l'industrie du verre, etc.
L'oxyde de zinc est un fortifiant nutritif alimentaire pouvant être utilisé comme supplément de zinc dans la transformation des aliments pour animaux.
Les humains ont appris à utiliseroxyde de zinc purcomme revêtement ou comme médicament externe depuis longtemps, mais l'histoire de la découverte de l'oxyde de zinc est difficile à retracer.
les Romains avaient déjà appris à produire du laiton en faisant réagir du cuivre avec du minerai de zinc contenant de l'oxyde de zinc. L'oxyde de zinc est converti en vapeur de zinc dans un four vertical et roulé dans le conduit de fumée pour réaction. Dioscoride l'a également introduit.
Les Indiens se sont familiarisés avec le zinc et les minéraux de zinc et ont commencé à fondre le zinc de manière primitive. La technologie de fusion du zinc a été introduite en Chine au XVIIe siècle.
L'Angleterre a créé la première fonderie de zinc en Europe.
il est d'abord devenu un pigment aquarelle, mais il est difficile à dissoudre dans l'huile. Cependant, le problème a été rapidement résolu grâce au nouveau procédé de production d’oxyde de zinc.
Leclerc se lance dans la production en série de peinture à l'huile blanche au zinc à Paris
l'oxyde de zinc est devenu populaire dans toute l'Europe.
la pureté de l'oxyde de zinc était si élevée que certains artistes couvraient leurs peintures avec du blanc de zinc comme couleur de base, mais ces peintures présentaient des fissures après cent ans.
l'oxyde de zinc était principalement utilisé dans l'industrie du caoutchouc.
la deuxième utilisation la plus importante de l'oxyde de zinc était comme additif au papier à photocopier, mais au 21e siècle, la pratique consistant à utiliser l'oxyde de zinc comme additif au papier à photocopier a été progressivement supprimée.
L'équipe de recherche dirigée par le professeur Shouhiko Nakamura de l'Université de Shimane a synthétisé des particules d'oxyde de zinc d'un diamètre d'environ 10 nanomètres et les a traitées avec des techniques spéciales pour leur conférer des propriétés fluorescentes. Ce type de nanoparticules émet de la lumière de manière relativement stable et peut durer plus de 24 heures, mais son coût de production est inférieur à 1 % de celui de la protéine fluorescente verte.
les chercheurs ont nourri des souris expérimentales avec une protéine contenant cette particule et ont réussi à capturer des images de la particule émettant de la lumière à l'intérieur du corps de la souris.
L'Université de Shimane au Japon a annoncé le développement d'une nanoparticule d'oxyde de zinc capable d'émettre une fluorescence sous irradiation lumineuse. Sa luminescence est stable et sûre, et elle peut être appliquée dans des domaines médicaux-de pointe.
Efficacité de la protection solaire de l'oxyde de zinc pur : le taux de diffusion UV du ZnO d'une taille de particule de 20 nm est 1,7 fois supérieur à celui du TiO2.
L'efficacité de diffusion UV du ZnO d'une taille de particule de 20 nm est nettement meilleure que celle du TiO ₂
Selon la théorie de la diffusion de la lumière et les données expérimentales des nanomatériaux, lorsque la taille des particules de l'oxyde de zinc (ZnO) et du dioxyde de titane (TiO ₂) est toutes deux de 20 nm, le taux de diffusion ultraviolette (UV) du ZnO peut atteindre 1,7 fois celui du TiO ₂. Cette différence est due au degré de correspondance entre l’indice de réfraction, la taille des particules et la longueur d’onde de la lumière entre les deux, ainsi qu’à l’effet de surface des nanoparticules. Se manifeste spécifiquement par :
Différence d'indice de réfraction
L'indice de réfraction du ZnO est de 2,03, tandis que celui du TiO₂ (type rutile) est de 2,71. Bien que TiO₂ ait un indice de réfraction plus élevé, ZnO a une meilleure efficacité de diffusion pour les UVA (320-400 nm) et les UVB (280-320 nm) à une taille de particule de 20 nm. En effet, la taille de ses particules correspond plus étroitement à la longueur d'onde de la lumière ultraviolette, ce qui est conforme à la loi de la théorie de la diffusion de Mie selon laquelle « l'efficacité de diffusion est la plus élevée lorsque le rapport taille des particules/longueur d'onde est proche de 0,1 ».
Plage de couverture spectrale
Le ZnO a un taux de protection de plus de 95 % contre les UVA et couvre la plupart des UVA à ondes longues (380-400 nm), tandis que TiO ₂ se concentre davantage sur les UVB et les UVA à ondes courtes (320-350 nm). 20nm. Le ZnO permet une diffusion efficace du rayonnement ultraviolet sur toute la plage de longueurs d'onde grâce à une technologie de dispersion uniforme.
Transmission de la lumière visible
Le ZnO 20 nm permet d'obtenir une protection UV élevée tout en maintenant une transmission de la lumière visible supérieure à 85 %, évitant ainsi le problème de « blanchiment » des écrans solaires physiques traditionnels et améliorant l'expérience utilisateur.
Principe technique : effet synergique de la taille des nanoparticules et de la diffusion de la lumière
Théorie de la diffusion de Mie
Lorsque le rapport entre la taille des nanoparticules (d) et la longueur d’onde de la lumière incidente (λ) (d/λ) approche 0,1, l’efficacité de diffusion atteint son apogée. Pour les UVA (lambda ≈ 350 nm) et les UVB (lambda ≈ 300 nm), le ZnO avec une taille de particule de 20 nm (d/lambda ≈ 0,057-0,067) est plus proche du rapport optimal, tandis que le TiO ₂ (d/lambda ≈ 0,043-0,067) a une efficacité plus élevée dans la bande de longueurs d'onde courtes mais significative. atténuation dans le bande de grande longueur d'onde.
Effet de surface et dispersibilité
Le ZnO de 20 nm réduit l'agglomération grâce à la technologie de revêtement de surface (telle que l'épaisseur de la couche de revêtement Al ₂ O ∝ de 2-5 nm), et le taux d'atténuation de l'efficacité photocatalytique diminue de 30 %/100 h à 8 %/100 h, garantissant une stabilité à long terme. Le dosage du dispersant est réduit de 50 % et la vitesse de sédimentation est réduite à 0,01 mm/h (procédé traditionnel 0,5 mm/h), améliorant considérablement l'uniformité de la crème solaire.
Performances de blindage multidimensionnelles
Blindage UVA : le ZnO 20 nm a un taux de protection de plus de 95 % pour les UVA, couvrant toute la plage de longueurs d'onde de 320 à 400 nm, particulièrement meilleur que le TiO ₂ pour les UVA à ondes longues (380 à 400 nm).
Protection UVB : TiO₂ a une absorption plus forte dans la bande UVB (280-320 nm), mais ZnO peut compenser cet écart en utilisant des concentrations élevées (5-25%), tout en évitant les réactions photocatalytiques que TiO₂ peut provoquer (générant des radicaux libres qui endommagent la peau).
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