วันอาทิตย์ที่ 12 มกราคม พ.ศ. 2557

Zinc Oxide, ซิงค์ออกไซด์

Zinc Oxide, ZnO, ซิงค์ออกไซด์, ซิงก์ออกไซด์, สังกะสีออกไซด์

ZnO หรือ ซิงค์ออกไซด์เป็นที่รู้จักในนาม คาลาไมล์  ซึ่งเป็นภาษาอียิปต์โบราณ เป็นธาตุธรรมชาติจากสินแร่ สมิธโซไนต์ (Smithsonite) มนุษย์ใช้ซิงค์ออกไซด์ในการรักษาโรคตั้งแต่ในยุคอียิปต์โบราณ ซิงค์ออกไซด์  มีลักษณะเป็นผงอนุภาคละเอียดสีขาว  เป็นสารที่ใช้ยับยั้งแบคทีเรีย (Anti-bacteria )  ไม่มีความเป็นพิษต่อร่างกาย      นอกจากฆ่าแบคทีเรียแล้วยังช่วยป้องกันและยับยั้งการแบ่งเซลล์ของแบคทีเรีย      ด้วยเหตุผลนี้ซิงค์ออกไซด์จึงเป็นหนึ่งในสารที่สำคัญในการเป็นยาต้านแบคทีเรีย  และยังสามารถป้องกันรังสี  UV-A และ UV-B   ระงับกลิ่นอันไม่พึงประสงค์
สังกะสีออกไซด์ (Zinc Oxide) ปกป้องผิวจากแสงแดดได้สมบูรณ์ที่สุด
           สังกะสีออกไซด์ (Zinc Oxide) เป็นสารอนินทรีย์ที่นำมาใช้ปกป้องและรักษาผิวหนังมานานนับศตวรรษ ในช่วงสงครามโลกทั้ง 2 ครั้ง กระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกามอบสังกะสีออกไซด์ให้แก่นักบินสำหรับใช้ป้องกันการถูกแดดเผากรณีที่รอดชีวิตจากเครื่องบินตก นอกจากนี้ในกลุ่มนักเทนนิสและเจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัยตามสระน้ำจะใช้สังกะสีออกไซด์ทาจมูกและริมฝีปาก อย่างไรก็ตามในช่วงนั้นการใช้สังกะสีออกไซด์ยังอยู่ในวงจำกัด เนื่องจากคนทั่วไปรู้จักครีมกันแดดที่ผลิตจากโมเลกุลของสารอินทรีย์ (Organic Molecules) โดยเฉพาะการใช้กรด Para-Amino Benzoic Acid [PABA] ช่วยดูดซับรังสีจากแสงอาทิตย์ แต่ได้เสื่อมความนิยมในระยะต่อมา
            สารอนินทรีย์ (Inorganic Chemicals) ที่ใช้ในการผลิตครีมกันแดดมีหลายชนิด ได้แก่ สังกะสีออกไซด์ ไททาเนียมไดออกไซด์ และไอออนออกไซด์ สารอนินทรีย์เหล่านี้นอกจากจะช่วยปกป้องผิวจากแสงแดดแล้ว ยังมีข้อดีที่แตกต่างจากสารอินทรีย์ก็คือไม่ซึมเข้าสู่ผิวหนังจึงไม่ทำให้เกิดอาการแพ้ ในจำนวนสารอนินทรีย์เหล่านี้ สังกะสีออกไซด์ถือว่ามีความปลอดภัยและใช้งานได้นานที่สุด
               ครีมกันแดดหลายยี่ห้อ มักโฆษณาว่าสามารถป้องกันได้ทั้ง UVB และ UVA โดย UVB เป็นรังสีที่ทำให้ผิวไหม้เกรียม ขณะที่ UVA จะทำให้ผิวเหี่ยวย่น ตกกระและมีสีคล้ำขึ้น ซึ่งรังสีทั้งสองชนิดนี้เป็นรังสีอุลตราไวโอเล็ตที่มีส่วนทำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง การพัฒนาครีมกันแดดในอดีตมักมุ่งหยุดอาการผิวไหม้ (sunburn) ซึ่งเกิดจากรังสี UVB เท่านั้น โดยผู้บริโภคที่ใช้ครีมกันแดดประเภทนี้ เมื่อไม่มีอาการผิวไหม้ซึ่งเป็นการเตือนภัยของร่างกายกรณีที่ได้รับรังสี UVB มากเกินไป ทำให้เข้าใจผิดว่าไม่เป็นไรถ้าจะอยู่กลางแสงแดดต่อไปเป็นเวลานานๆ จึงเปิดโอกาสให้ร่างกายได้รับรังสี UVA มากเกินไป กรณีเช่นนี้เป็นคำอธิบายอย่างหนึ่งถึงสาเหตุที่ปริมาณการเกิดมะเร็งผิวหนังเพิ่มมากขึ้น
           แม้ว่าสังกะสีออกไซด์จะสามารถป้องกันได้ทั้งรังสี UVA และ UVB สมบูรณ์ที่สุดในขณะนี้ก็ตาม แต่ก็ยังไม่ถูกนำไปใช้เป็นส่วนผสมของครีมกันแดดทุกยี่ห้อ เนื่องจากการค้นพบประสิทธิภาพของสังกะสีออกไซด์เพิ่งเกิดขึ้นไม่นานมานี้จึงยังไม่แพร่หลาย และผู้บริโภคยังฝังใจกับครีมกันแดดที่ทำจากสารอินทรีย์ที่มีการโฆษณามานาน สาเหตุอีกประการหนึ่งคือ สังกะสีออกไซด์จะกลายเป็นสีขาวเมื่อใช้ในปริมาณมากๆ   ดังนั้นผู้ผลิตเครื่องสำอางจึงจำเป็นต้องมีการศึกษาวิจัยเรื่องปริมาณสังกะสีออกไซด์ที่เหมาะสมเพื่อแก้ปัญหานี้ต่อไป
           ครีมกันแดดที่มีสังกะสีออกไซด์เป็นส่วนผสมหลักเริ่มออกวางตลาดเมื่อไม่กี่ปีมานี้ บางครั้งสังกะสีออกไซด์ก็เป็นเพียงส่วนผสมเดียวของครีมกันแดด แต่ส่วนใหญ่มักจะถูกนำไปผสมร่วมกับสารอินทรีย์อื่นด้วย คาดว่าในอนาคต จะมีผลิตภัณฑ์จำนวนมากที่มีส่วนผสมของสังกะสีออกไซด์ออกวางตลาดมากขึ้น เพราะมีแนวโน้มสูงว่าสารปกป้องผิวจากแสงแดดจะนำมาใช้ร่วมกับผลิตภัณฑ์ถนอมผิวอื่นๆ เช่น มอยส์เจอร์ไรเซอร์ หากเป็นเช่นนี้ก็จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้ส่วนผสม เช่น สังกะสีออกไซด์ ที่มีทั้งประสิทธิภาพและไม่ระคายเคืองต่อผิว
ซิงค์ออกไซด์ (ZnO) เป็นสารประกอบที่เป็นผลึกไม่มีสี ไม่ละลายในน้ำ  มีความหนาแน่น 5.7 กรัม/ตารางเซนติเมตร  และเมื่อนำซิงค์ออกไซด์ไปอบ  มันจะกลายเป็นสีเหลืองแต่ไม่ละลาย  มันจะละลายได้ก็ต่อเมื่อผ่านอุณหภูมิที่สูงกว่า 1,800°C เลยทีเดียว  ซิงค์ออกไซด์เป็นสารแอมโฟเทอริกที่ทำละลายในกรด อาทิ เกลือซิงค์ อัลคาไลน์ และสารละลายในน้ำอย่างแอมโมเนีย เป็นต้น              
ซิงค์ออกไซด์ถูกนำมาใช้เป็นตัวกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีในอุตสาหกรรมยาง เช่น ยางคลอโรพรีน (chloroprene rubber) และใช้ในการผลิตน้ำหอม, เครื่องสำอาง, ยา  เป็นต้น  นอกจากนี้ซิงค์ออกไซด์ยังถูกนำมาใช้ในการผลิตเม็ดสีและเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์เมทานอลในอุตสาหกรรมเคมีต่างๆ ด้วย

Zinc oxide is an inorganic compound with the formula ZnO
ZnO is a white powder that is insoluble in water, and it is widely used as an additive in numerous materials and products including rubbers, plastics, ceramics, glass, cement, lubricants, paints, ointments, adhesives, sealants, pigments, foods (source of Zn nutrient), batteries, ferrites, fire retardants, and first-aid tapes. It occurs naturally as the mineral zincite, but most zinc oxide is produced synthetically.

In materials science, ZnO is a wide-bandgap semiconductor of the II-VI semiconductor group (since oxygen was classed as an element of VIA group (the 6th main group, now referred to as 16th) of the periodic table and zinc, a transition metal, as a member of the IIB (2nd B), now 12th, group). The native doping of the semiconductor (due to oxygen vacancies or zinc interstitials)[4] is n-type. This semiconductor has several favorable properties, including good transparency, high electron mobility, wide bandgap, and strong room-temperature luminescence. Those properties are used in emerging applications for transparent electrodes in liquid crystal displays, in energy-saving or heat-protecting windows, and in electronics as thin-film transistors and light-emitting diodes.
Structure
Zinc oxide crystallizes in two main forms, hexagonal wurtzite and cubic zincblende. The wurtzite structure is most stable at ambient conditions and thus most common. The zincblende form can be stabilized by growing ZnO on substrates with cubic lattice structure. In both cases, the zinc and oxide centers are tetrahedral, the most characteristic geometry for Zn(II).
In addition to the wurtzite and zincblende polymorphs, ZnO can be crystallized in the rocksalt motif at relatively high pressures about 10 GPa
Hexagonal and zincblende polymorphs have no inversion symmetry (reflection of a crystal relative to any given point does not transform it into itself). This and other lattice symmetry properties result in piezoelectricity of the hexagonal and zincblende ZnO, and pyroelectricity of hexagonal ZnO.
The hexagonal structure has a point group 6 mm (Hermann-Mauguin notation) or C6v (Schoenflies notation), and the space group is P63mc or C6v4. The lattice constants are a = 3.25 Å and c = 5.2 Å; their ratio c/a ~ 1.60 is close to the ideal value for hexagonal cell c/a = 1.633. As in most group II-VI materials, the bonding in ZnO is largely ionic (Zn2+–O2–) with the corresponding radii of 0.074 nm for Zn2+ and 0.140 nm for O2–. This property accounts for the preferential formation of wurtzite rather than zinc blende structure,[17] as well as the strong piezoelectricity of ZnO. Because of the polar Zn-O bonds, zinc and oxygen planes are electrically charged. To maintain electrical neutrality, those planes reconstruct at atomic level in most relative materials, but not in ZnO – its surfaces are atomically flat, stable and exhibit no reconstruction. This anomaly of ZnO is not fully explained yet.
Mechanical properties
ZnO is a relatively soft material with approximate hardness of 4.5 on the Mohs scale. Its elastic constants are smaller than those of relevant III-V semiconductors, such as GaN. The high heat capacity and heat conductivity, low thermal expansion and high melting temperature of ZnO are beneficial for ceramics. ZnO's most stable phase being wurtzite, ZnO exhibits a very long lived optical phonon E2(low) with a lifetime as high as 133 ps at 10 K
Among the tetrahedrally bonded semiconductors, it has been stated that ZnO has the highest piezoelectric tensor, or at least one comparable to that of GaN and AlN. This property makes it a technologically important material for many piezoelectrical applications, which require a large electromechanical coupling.
Electrical properties
ZnO has a relatively large direct band gap of ~3.3 eV at room temperature. Advantages associated with a large band gap include higher breakdown voltages, ability to sustain large electric fields, lower electronic noise, and high-temperature and high-power operation. The bandgap of ZnO can further be tuned to ~34 eV by its alloying with magnesium oxide or cadmium oxide.
Most ZnO has n-type character, even in the absence of intentional doping. Nonstoichiometry is typically the origin of n-type character, but the subject remains controversial. An alternative explanation has been proposed, based on theoretical calculations, that unintentional substitutional hydrogen impurities are responsible. Controllable n-type doping is easily achieved by substituting Zn with group-III elements such as Al, Ga, In or by substituting oxygen with group-VII elements chlorine or iodine.
Reliable p-type doping of ZnO remains difficult. This problem originates from low solubility of p-type dopants and their compensation by abundant n-type impurities. This problem is observed with GaN and ZnSe. Measurement of p-type in "intrinsically" n-type material is complicated by the inhomogeneity of samples.
Current limitations to p-doping does not limit electronic and optoelectronic applications of ZnO, which usually require junctions of n-type and p-type material. Known p-type dopants include group-I elements Li, Na, K; group-V elements N, P and As; as well as copper and silver. However, many of these form deep acceptors and do not produce significant p-type conduction at room temperature.
Electron mobility of ZnO strongly varies with temperature and has a maximum of ~2000 cm2/(V·s) at 80 K. Data on hole mobility are scarce with values in the range 530 cm2/(V·s).

Production
See also: Zinc smelting
For industrial use, ZnO is produced at levels of 105 tons per year by three main processes
Indirect process
In the indirect or French process, metallic zinc is melted in a graphite crucible and vaporized at temperatures above 907 °C (typically around 1000 °C). Zinc vapor reacts with the oxygen in the air to give ZnO, accompanied by a drop in its temperature and bright luminescence. Zinc oxide particles are transported into a cooling duct and collected in a bag house. This indirect method was popularized by LeClaire (France) in 1844 and therefore is commonly known as the French process. Its product normally consists of agglomerated zinc oxide particles with an average size of 0.1 to a few micrometers. By weight, most of the world's zinc oxide is manufactured via French process.
Direct process
The direct or American process starts with diverse contaminated zinc composites, such as zinc ores or smelter by-products. The zinc precursors are reduced (carbothermal reduction) by heating with a source of carbon such as anthracite to produce zinc vapor, which is then oxidized as in the indirect process. Because of the lower purity of the source material, the final product is also of lower quality in the direct process as compared to the indirect one.
Wet chemical process
A small amount of industrial production involves wet chemical processes, which start with aqueous solutions of purified zinc salts, from which zinc carbonate or zinc hydroxide is precipitated. The precipitate is then filtered, washed, dried and calcined at temperatures around 800 °C.
Applications
The applications of zinc oxide powder are numerous, and the principal ones are summarized below. Most applications exploit the reactivity of the oxide as a precursor to other zinc compounds. For material science applications, zinc oxide has high refractive index, high thermal conductivity, binding, antibacterial and UV-protection properties. Consequently, it is added into materials and products including plastics, ceramics, glass, cement, rubber, lubricants, paints, ointments, adhesive, sealants, pigments, foods, batteries, ferrites, fire retardants, etc.
Rubber manufacture
Between 50% and 60% of ZnO use is in the rubber industry.[48] Zinc oxide along with stearic acid is used in the vulcanization of rubber[19][49][50] ZnO additive also protect rubber from fungi (see medical applications) and UV light.
Ceramic industry
Ceramic industry consumes a significant amount of zinc oxide, in particular in ceramic glaze and frit compositions. The relatively high heat capacity, thermal conductivity and high temperature stability of ZnO coupled with a comparatively low coefcient of expansion are desirable properties in the production of ceramics. ZnO affects the melting point and optical properties of the glazes, enamels, and ceramic formulations. Zinc oxide as a low expansion, secondary ux improves the elasticity of glazes by reducing the change in viscosity as a function of temperature and helps prevent crazing and shivering. By substituting ZnO for BaO and PbO, the heat capacity is decreased and the thermal conductivity is increased. Zinc in small amounts improves the development of glossy and brilliant surfaces. However in moderate to high amounts, it produces matte and crystalline surfaces. With regard to color, zinc has a complicated inuence.
Concrete industry
Zinc oxide is widely used for concrete manufacturing. Addition of ZnO improves the processing time and the resistance of concrete against water.
Medicine
Zinc oxide as a mixture with about 0.5% iron(III) oxide (Fe2O3) is called calamine and is used in calamine lotion. There are also two minerals, zincite and hemimorphite, which have been historically called calamine. When mixed with eugenol, a ligand, zinc oxide eugenol is formed, which has applications as a restorative and prosthodontic in dentistry.
Reflecting the basic properties of ZnO, fine particles of the oxide have deodorizing and antibacterial properties and for that reason are added into materials including cotton fabric, rubber, and food packaging. Enhanced antibacterial action of fine particles compared to bulk material is not exclusive to ZnO and is observed for other materials, such as silver. This property is due to the increased surface area of the fine particles.
Zinc oxide is widely used to treat a variety of other skin conditions, in products such as baby powder and barrier creams to treat diaper rashes, calamine cream, anti-dandruff shampoos, and antiseptic ointments. It is also a component in tape (called "zinc oxide tape") used by athletes as a bandage to prevent soft tissue damage during workouts.
Zinc oxide can be used in ointments, creams, and lotions to protect against sunburn and other damage to the skin caused by ultraviolet light (see sunscreen). It is the broadest spectrum UVA and UVB reflector that is approved for use as a sunscreen by the FDA, and is completely photostable.[59] When used as an ingredient in sunscreen, zinc oxide sits on the skin’s surface and is not absorbed into the skin, and blocks both UVA (320400 nm) and UVB (280320 nm) rays of ultraviolet light. Because zinc oxide and the other most common physical sunscreen, titanium dioxide, are not absorbed into the skin, they are nonirritating, nonallergenic, and non-comedogenic.
Many sunscreens use nanoparticles of zinc oxide (along with nanoparticles of titanium dioxide) because such small particles do not scatter light and therefore do not appear white. There has been concern that they might be absorbed into the skin, and a study published in 2010 found that nanoparticles of ZnO that were applied to human skin via sunscreens could be traced in venous blood and urine samples.[63] In contrast, a comprehensive review of the medical literature from 2011 says that no evidence of systemic absorption can be found in the literature.
Zinc oxide nanoparticles can enhance the antibacterial activity of Ciprofloxacin. It has been shown that nano ZnO which has the average size between 20 nm and 45 nm can enhance the antibacterial activity of Ciprofloxacin against Staphylococcus aureus and Escherichia coli in Vitro. The enhancing effect of this nanomaterial is concentration-dependent against all test strains. This effect may be due to two reasons. First, Zinc Oxide nanoparticles can interfere with NorA protein. NorA is a protein which is developed for conferring resistance in bacteria and has pumping activity that mediate the effluxing of hydrophilic fluroquinolones from a cell. Second, Zinc Oxide nanoparticles can interfere with Omf protein. Omf is a membrane protein that is responsible for the permeation of quinolones into the cell.
Cigarette filters
Zinc oxide is a constituent of cigarette filters. A filter consisting of charcoal impregnated with zinc oxide and iron oxide removes significant amounts of HCN and H2S from tobacco smoke without affecting its flavor.
Food additive
Zinc oxide is added to many food products, including breakfast cereals, as a source of zinc, a necessary nutrient. (Zinc sulfate is also used for the same purpose.) Some prepackaged foods also include trace amounts of ZnO even if it is not intended as a nutrient.
Pigment
Zinc white is used as a pigment in paints and is more opaque than lithopone, but less opaque than titanium dioxide. It is also used in coatings for paper. Chinese white is a special grade of zinc white used in artists' pigments. It is also a main ingredient of mineral makeup.
Coatings
Paints containing zinc oxide powder have long been utilized as anticorrosive coatings for metals. They are especially effective for galvanized iron. Iron is difficult to protect because its reactivity with organic coatings leads to brittleness and lack of adhesion. Zinc oxide paints retain their flexibility and adherence on such surfaces for many years.
ZnO highly n-type doped with Al, Ga, or In is transparent and conductive (transparency ~90%, lowest resistivity ~104 Ω·cm[68]). ZnO:Al coatings are used for energy-saving or heat-protecting windows. The coating lets the visible part of the spectrum in but either reflects the infrared (IR) radiation back into the room (energy saving) or does not let the IR radiation into the room (heat protection), depending on which side of the window has the coating.
Plastics, such as polyethylene naphthalate (PEN), can be protected by applying zinc oxide coating. The coating reduces the diffusion of oxygen with PEN.[69] Zinc oxide layers can also be used on polycarbonate (PC) in outdoor applications. The coating protects PC from solar radiation and decreases the oxidation rate and photo-yellowing of PC.
Corrosion prevention in nuclear reactors
Main article: Depleted zinc oxide
Zinc oxide depleted in the zinc isotope with the atomic mass 64 is used in corrosion prevention in nuclear pressurized water reactors. The depletion is necessary, because 64Zn is transformed into radioactive 65Zn under irradiation by the reactor neutrons.
Potential applications
Electronics
ZnO has wide direct band gap (3.37 eV or 375 nm at room temperature). Therefore, its most common potential applications are in laser diodes and light emitting diodes (LEDs).[72] Some optoelectronic applications of ZnO overlap with that of GaN, which has a similar bandgap (~3.4 eV at room temperature). Compared to GaN, ZnO has a larger exciton binding energy (~60 meV, 2.4 times of the room-temperature thermal energy), which results in bright room-temperature emission from ZnO. ZnO can be combined with GaN for LED-applications. For instance as TCO layer and ZnO nanostructures provide better light outcoupling.[73] Other properties of ZnO favorable for electronic applications include its stability to high-energy radiation and to wet chemical etching.[74] Radiation resistance[75] makes ZnO a suitable candidate for space applications. ZnO is the most promising candidate in the field of random lasers to produce an electronically pumped UV laser source.
The pointed tips of ZnO nanorods result in a strong enhancement of an electric field. Therefore, they can be used as field emitters.
Aluminium-doped ZnO layers are used as a transparent electrodes. The constituents Zn and Al are much cheaper and less toxic compared to the generally used indium tin oxide (ITO). One application which has begun to be commercially available is the use of ZnO as the front contact for solar cells or of liquid crystal displays.
Transparent thin-film transistors (TTFT) can be produced with ZnO. As field-effect transistors, they even may not need a p–n junction, thus avoiding the p-type doping problem of ZnO. Some of the field-effect transistors even use ZnO nanorods as conducting channels.
Zinc oxide nanorod sensor
Zinc oxide nanorod sensors are devices detecting changes in electrical current passing through zinc oxide nanowires due to adsorption of gas molecules. Selectivity to hydrogen gas was achieved by sputtering Pd clusters on the nanorod surface. The addition of Pd appears to be effective in the catalytic dissociation of hydrogen molecules into atomic hydrogen, increasing the sensitivity of the sensor device. The sensor detects hydrogen concentrations down to 10 parts per million at room temperature, whereas there is no response to oxygen.
Spintronics

ZnO has also been considered for spintronics applications: if doped with 110% of magnetic ions (Mn, Fe, Co, V, etc.), ZnO could become ferromagnetic, even at room temperature. Such room temperature ferromagnetism in ZnO:Mn has been observed, but it is not clear yet whether it originates from the matrix itself or from secondary oxide phases.
Piezoelectricity
The piezoelectricity in textile fibers coated in ZnO have been shown capable of fabricating "self-powered nanosystems" with everyday mechanical stress from wind or body movements.
In 2008 the Center for Nanostructure Characterization at the Georgia Institute of Technology reported producing an electricity generating device (called flexible charge pump generator) delivering alternating current by stretching and releasing zinc oxide nanowires. This mini-generator creates an oscillating voltage up to 45 millivolts, converting close to seven percent of the applied mechanical energy into electricity. Researchers used wires with lengths of 0.20.3 mm and diameters of three to five micrometers, but the device could be scaled down to smaller size

สอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ ฝ่ายขาย
Thai Poly Chemicals Co., Ltd.
บริษัท ไทยโพลีเคมิคอล จำกัด
ที่อยู่36/5 ม.9  แขวง/ตำบลนาดี  เขต/อำเภอเมืองสมุทรสาคร  จังหวัดสมุทรสาคร รหัสไปรษณีย์74000
Tel.: 034854888, 034496284
Fax.: 034854899, 034496285
Mobile: 0824504888, 0800160016
Website : www.thaipolychemicals.com
Email1 : thaipolychemicals@hotmail.com
Email2 : info@thaipolychemicals.com



ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น