物理和化學常數
CAS號:1314-13-2化學式:ZnO分子量:81.37外觀:白色固體相對密度:5.606熔點:1975°C(分解)沸點:2360°C水中溶解度:0。100ml(30°C)帶隙:3.3eV標準摩爾生成焓:-348.0 kJ/mol標準摩爾熵:43.9 J/(k mol) MSDS數:ICSC 0208歐盟分類:對環境有害(n)警告性質標準詞:R50/53(對水生生物有劇毒，可能對水生環境造成長期不良影響)安全建議標準詞:S60(物質和容器必須作為危險廢物放置)、S61(防止
[編輯本段]化學性質
氧化鋅主要以白色粉末或閃鋅礦的形式存在。閃鋅礦中少量的錳等雜質使礦石呈現黃色或紅色。氧化鋅晶體加熱時會溢出少量氧原子(800°C時溢出總氧原子的0.007%)，使物質呈現黃色。當溫度下降時，晶體變回白色。當溫度達到1975°C時，氧化鋅會分解產生鋅蒸氣和氧氣。單質碳可用於還原氧化鋅中的鋅，氧化鋅在高溫下反應:ZnO+C → Zn+Co氧化鋅是壹種兩性氧化物，不溶於水或乙醇，但溶於大多數酸，如鹽酸:ZnO+2HCl → ZnCl 2+H2O，能與強堿反應生成可溶性鋅酸鹽。例如與氫氧化鈉反應:ZnO+2NaOH+H2O → Na2 [Zn (OH) 4]氧化鋅在脂肪酸中能緩慢反應生成相應的羧酸鹽，如油酸鹽和硬脂酸鹽。氧化鋅可以和硫化氫發生反應。在工業生產中，常利用該反應去除混合氣體中的硫化氫:ZnO+H2S→ ZnS+H2O當氧化鋅與濃氯化鋅水溶液混合時，生成堿式氯化鋅，具有類似水泥的硬化性能，常用於牙科手術。由氧化鋅和磷酸反應生成的磷酸鋅四水合物(Zn3(PO4)2·4H2O)也具有相同的性質。氧化鋅與鎂粉、鋁粉、氯化橡膠、亞麻油接觸會發生劇烈反應，可能引起火災或爆炸。含有氧化鋅的藥膏與水混合，暴露在紫外線下，會產生過氧化氫。
[編輯本段]物理屬性
晶體結構
氧化鋅的兩種晶體結構氧化鋅晶體有三種結構:六方纖鋅礦結構、立方閃鋅礦結構和稀有氯化鈉八面體結構。纖鋅礦結構是最常見的，因為它在三種結構中穩定性最高。通過在表面逐漸生成氧化鋅，可以獲得立方閃鋅礦結構。在這兩種晶體中，每個鋅或氧原子與它的中心及其相鄰原子形成正四面體結構。八面體結構只有在1000億帕斯卡的高壓下才能觀察到。纖鋅礦結構和閃鋅礦結構具有中心對稱性，但它們不是軸對稱的。晶體的對稱性使纖鋅礦結構具有壓電效應和熱點效應，閃鋅礦結構具有壓電效應。纖鋅礦結構的點群為6mm(國際符號)，空間群為P63mc。晶格常數中，a = 3.25埃，c = 5.2埃；c/a比約為1.60，接近理想六方比1.633。在半導體材料中，鋅和氧大多以離子鍵結合，這也是它們具有高壓電性能的原因之壹。
機械性能
氧化鋅的硬度在4.5左右，是比較軟的材料。氧化鋅的彈性常數小於III-V族半導體材料如氮化鎵的彈性常數。氧化鋅具有良好的熱穩定性和導熱性，高沸點和低熱膨脹系數，因此它在陶瓷材料領域是有用的。在各種四面體結構的半導體材料中，氧化鋅的壓電張量最高。這壹特性使得氧化鋅成為機電耦合的重要材料之壹。
電特性
在室溫下，氧化鋅的帶隙約為3.3 eV，所以純氧化鋅無色透明。高帶隙使氧化鋅具有擊穿電壓高、電場維持能力強、電子噪聲低和高功率容限的優點。當氧化鋅與壹定比例的氧化鎂或氧化鎘混合時，帶隙會在3-4 eV之間變化。即使不摻雜其他物質，氧化鋅也具有n型半導體的特性。N型半導體的特性曾被認為與化合物原子的非整數比有關，但純氧化鋅的研究成為反例。N型半導體的性能可以通過使用III主族元素如鋁、鎵和銦或鹵素如氯和碘來調節。但是氧化鋅很難做成p型半導體。可用的添加劑包括堿金屬元素如鋰、鈉和鉀，V主族元素如氮、磷和砷，以及金屬如銅和銀，但它們都需要在特殊條件下有效。
[編輯本段]準備方法
氧化鋅存在於天然閃鋅礦中，但純度不高。工業生產中使用的氧化鋅通常通過燒鋅或焙燒閃鋅礦獲得。全球氧化鋅年產量約為10萬噸。【654.38+0】有以下幾種制作方法。
間接方法
間接法的原料是冶煉得到的鋅錠或鋅渣。鋅在石墨坩堝中在1000℃的高溫下轉化為鋅蒸氣，然後被鼓入的空氣氧化生成氧化鋅，冷卻後收集氧化鋅顆粒。間接法是法國科學家勒克萊爾在1844年推廣的，所以也叫法國法。間接法生產氧化鋅工藝簡單，成本受原料影響較大。間接法生產的氧化鋅顆粒直徑約為0.1-10微米，純度在99.5%-99.7%之間。從總產量來看，間接法是最主要的氧化鋅生產方法。間接法生產的氧化鋅可用於橡膠、壓敏電阻和塗料工業。鋅錠或鋅渣的重金屬含量直接影響產品的重金屬雜質含量。重金屬含量低的產品還可用於牲畜飼料、醫藥、醫療等行業。
直接教學法
直接法以各種含鋅礦物或雜質為原料。氧化鋅通過加熱與焦炭反應，還原成金屬鋅，再被空氣中的氧氣氧化成氧化鋅，除去大部分雜質。直接法得到的氧化鋅顆粒較粗，產品純度在75% ~ 95%之間，壹般用於要求不高的橡膠、陶瓷行業。
化學濕選法
濕化學法大致可以分為兩類:酸法和氨法。它們分別通過酸或堿與原料反應，然後制備碳酸鋅或氫氧化鋅沈澱。經過過濾、洗滌、幹燥和800℃煆燒，最終得到粒徑為1~100 nm的高純輕質氧化鋅。酸法通常是將含鋅原料與硫酸反應，得到含有重金屬離子的不純硫酸鋅溶液。然後通過多次氧化還原沈澱去除大量鐵、錳、銅、鉛、鎘、砷等離子體，得到純凈的硫酸鋅溶液。用純堿中和該溶液，得到固體堿式碳酸鋅。堿式碳酸鋅經洗滌、幹燥和煆燒得到輕質氧化鋅。酸法生產的產品質量高。氨法通常是用氨水和碳酸氫銨與含鋅原料反應得到鋅氨絡合物，然後除去雜質得到合格的鋅氨絡合物溶液，再蒸氨使鋅氨絡合物轉化為堿式碳酸鋅。最後經幹燥和煆燒得到輕質氧化鋅。氨法成本相對較低。
水熱法合成
水熱合成是指在密閉的反應器(高壓釜)中將反應體系的水溶液加熱到臨界溫度，從而產生高壓環境的壹種無機合成的生產方法。用這種方法得到的氧化鋅粒徑小，結晶好。水熱法與模板技術相結合，可以得到不同形狀和大小的納米氧化鋅粉體。目前該方法僅處於實驗階段，仍存在工藝設備復雜、成本高等問題，但也被認為是壹種極具產業化潛力的方法。
噴霧熱解
噴霧熱解法是將金屬鹽溶液以霧狀噴入高溫氣氛中，通過溶劑的蒸發和金屬鹽後續的熱分解直接得到納米氧化物粉末；或者將溶液噴入高溫氣氛中幹燥，然後熱處理形成粉末的生產方法。該方法制備的納米粉體純度高、分散性好、粒度分布均勻、化學活性好、工藝操作簡單、易於控制、設備成本低，是最具產業化潛力的納米氧化鋅粉體制備方法之壹。
[編輯本段]應用領域
橡膠制造
工業生產的氧化鋅50%流向橡膠行業。氧化鋅和硬脂酸作為橡膠硫化的重要反應物，是橡膠制造的原料之壹。氧化鋅和硬脂酸的混合物增強了橡膠的硬度。氧化鋅也是汽車輪胎的重要添加劑。氧化鋅除了可以硫化之外，還可以大大提高橡膠的導熱性能，從而有助於輪胎的散熱，保證行車安全。氧化鋅添加劑還能防止黴菌或紫外線對橡膠的侵蝕。
矽酸鹽工業
氧化鋅是水泥的添加劑，可以縮短水泥的硬化時間，提高水泥的防水性能。在玻璃和陶瓷的生產中，氧化鋅可以用作熔劑來降低玻璃和陶瓷的燒結溫度。添加鋁、鎵、氮的氧化鋅透明度達到90%，可以作為玻璃鍍膜，允許可見光通過，同時反射紅外線。可以在窗戶玻璃的內部或外部塗上油漆，以達到保溫或隔熱的效果。
醫藥與健康
氧化鋅具有除臭和抗菌功能，因此常被添加到棉織物、橡膠、食品包裝等。食品中添加氧化鋅不僅有壹定的防腐作用，還可以作為鋅源，補充人體必需的鋅。氧化鋅可用於改善皮膚健康，如嬰兒爽身粉、尿布疹軟膏、鋅軟膏、去屑洗發水和防腐劑。氧化鋅混以0.5%左右的氧化鐵稱為爐甘石，制成爐甘石洗劑，用於治療急性瘙癢性皮膚病。壹些運動繃帶中還摻雜了氧化鋅，以防止運動員在運動中軟組織受傷。氧化鋅對波長為280-400nm的紫外線有特別強的吸收能力，因此經常被用於各種防曬產品中，以防止紫外線引起的曬傷和其他皮膚病。以氧化鋅為原料的丁香油氧化鋅水泥粉可作為充填材料或洞封材料，氧化鋅通常是丁香油氧化鋅水泥粉的簡稱。氧化鋅是香煙過濾嘴的添加劑。用氧化鋅和氧化鐵混合的木炭濾嘴可以去除煙氣中大量的氰化氫和硫化氫，而不影響其風味。
有色材料
鋅白顏料氧化鋅在顏料中稱為鋅白，透明度介於立德粉和二氧化鈦之間。瓷白是壹種特殊的鋅白，是藝術家畫出來的壹種顏料。與傳統的白鉛相比，鋅白可以在陽光下永久保存，不會被含硫空氣汙染，而且無毒、廉價。含氧化鋅的塗料是傳統的金屬防腐塗料，對鍍鋅鐵特別有效。與有機塗料相比，氧化鋅具有較強的著色力和遮蓋力，並能防黴和防紫外線輻射，防腐效果更好。
電子領域
氧化鋅在室溫下具有很高的帶隙，因此常用於制造激光二極管和發光二極管。與同樣高帶隙的氮化鎵相比，氧化鋅具有更大的激子結合能(室溫下約60meV)，因此其發光亮度更高。此外，氧化鋅在高能輻射和濕化學腐蝕下的穩定性也是其應用廣泛的重要原因。用摻鋁的氧化鋅做透明電極，這種復合材料的成本和毒性都比傳統的氧化銦錫小很多。氧化鋅已經應用於太陽能電池和液晶顯示器。氧化鋅還可以用來制作透明薄膜晶體管(TTFT)。由於屬於場效應晶體管，該元件不需要PN結，避免了氧化鋅難以做成P型半導體的問題。
納米氧化鋅的應用
納米氧化鋅由於顆粒半徑小、比表面積大，表現出許多與普通氧化鋅材料不同的新的物理化學特性，因而具有不可比擬的特殊性能和新用途。納米氧化鋅在航空航天、電子、冶金、化學、生物和環保等領域顯示出非常廣闊和誘人的應用前景。比如納米氧化鋅粉可以吸收紫外線，透射85%以上的可見光。因此，納米氧化鋅可以作為汽車玻璃和建築玻璃的添加劑，屏蔽潛在的有害紫外線。市場上已經有納米氧化鋅防紫外線眼鏡出售。由於納米氧化鋅是壹種很好的光催化劑，在光照下，它可以自動分解水和空氣中自由移動的負電荷電子，同時留下正電荷空穴，從而激活空氣中的氧氣成為活性氧，可以殺死大部分病菌和病毒。因此，添加納米氧化鋅的玻璃和陶瓷制品可以具有自清潔性能。燒制陶瓷時，納米氧化鋅的用量可降至普通氧化鋅的1/2 ~ 1/3，但強度和硬度更高，燒結溫度更低，表面更光亮。納米氧化鋅粉還具有“角度變色效應”的光學特性，即被畫物體的顏色可以隨著觀察者視線角度的變化而變化。納米氧化鋅粉末可用作汽車塗料中的織物，制成“變色龍”汽車，在運動過程中能給觀察者帶來不同的鮮艷色彩感。納米氧化鋅制成的薄膜具有壓敏性(主要表現為非線性伏安特性)。當氧化鋅壓敏電阻材料受到高於其自身壓敏電阻電壓的外加電壓時，它進入擊穿電壓區，電壓的微小變化將引起電流的迅速增加。這壹特性使得氧化鋅壓敏電阻材料廣泛應用於各種電路的過流保護。隨著集成電路的飛速發展，人們越來越傾向於低壓低功耗，電壓小於5V的壓敏電阻變得越來越重要。氧化鋅壓敏電阻的壓敏特性來源於其晶界效應(與界面數量有關，界面越多壓敏電壓越大，反之亦然)。增大氧化鋅晶體的粒徑或減小氧化鋅材料的厚度是降低其壓敏電壓的有效途徑。納米尺寸的氧化鋅棒狀顆粒用於制造測量空氣成分的傳感器。空氣中的特定成分與傳感器上的各種納米材料接觸，產生相應的電信號。納米氧化鋅摻雜某些元素後，對酒精、丙酮等有機蒸氣和有害氣體高度敏感。它經常用於健康檢測、監測人體血液酒精濃度和監測大氣中的酒精濃度。
[編輯此段落]使用歷史記錄
人類很早就學會了用氧化鋅做塗料或者外用藥，但是人類發現氧化鋅的歷史卻很難追溯。在古印度醫學著作《查卡拉班》中，記載了壹種後來被確定為氧化鋅的藥物，用於治療眼疾和外傷。1世紀，希臘醫生迪奧斯科裏德斯也提到用氧化鋅做藥膏。阿維森納的惠惠處方，完成於1025，描述了氧化鋅作為治療各種皮膚病，包括皮膚癌的首選。如今，人們不再使用氧化鋅治療皮膚癌，但它仍廣泛用於其他常見皮膚病。早在公元前200年，羅馬人就學會了通過銅與含有氧化鋅的鋅礦反應來制造黃銅。氧化鋅在豎爐中轉化為鋅蒸氣，滾入煙道進行反應。迪奧斯科裏德斯也介紹了這壹點。從12世紀開始，印度人了解了鋅和鋅礦，開始用原始的方式冶煉鋅。鋅冶煉技術於17世紀傳入中國。1743年，歐洲第壹家煉鋅廠在英國布裏斯托爾成立。[3]古今氧化鋅的另壹個主要用途是油漆，稱為鋅白。1834中，鋅白首次成為水彩顏料，但不溶於油。但很快這個問題就被新的氧化鋅生產工藝解決了。1845年，勒克萊爾開始在巴黎大規模生產鋅白油畫顏料，到1850年，鋅白風靡整個歐洲。鋅白的純度如此之高，以至於在19的最後，有藝術家把鋅白塗成了底色。然而，壹百年後，這些畫出現了裂縫。20世紀下半葉，氧化鋅主要用於橡膠工業。在20世紀70年代，氧化鋅的第二大用途是作為復印紙的添加劑，但在20世紀，氧化鋅作為復印紙的添加劑已被淘汰。與此同時，晶粒細小的氧化鋅開始拓展其在納米材料領域的應用。
[編輯本段]安全問題
氧化鋅可以添加到食品中防腐或補鋅，但產品要求嚴格，特別是要控制有害重金屬的含量。氧化鋅本身無毒，但可吸入的氧化鋅顆粒是有害的。鋅冶煉工業、黃銅制備和鍍鋅都可能產生氧化鋅煙塵。為了防止霧霾，鍍鋅板不能直接焊接，需要先去除表面的鋅膜。