Властивості цинк оксиду і його застосування

Цинк оксид - білий, іноді з жовтуватим відтінком аморфний порошок без запаху. Молярна маса 81,41 г/моль. Практично нерозчинний у воді (за 18°C - 0,00052 г/100 мл і за 29°C - 1,6 10⁻⁴ г/100 мл) та спирті, розчинний у розчинах лугів, розведених мінеральних кислотах (під час взаємодії з кислотами утворює солі), у водному розчині амоніаку, володіє амфотерними властивостями.

Поглинає вуглекислоту повітря і перетворюється на цинк карбонат основний. Тому його зберігають у добре закупореній тарі. Температура плавлення за тиску 52 атм становить близько 2000°C, за атмосферного тиску 1950°C. Густина ZnO у вигляді порошку становить 5,5…5,6 г/см³, а у вигляді кристалів - 5,7 г/см³. ZnO кристалізується в гексагональній (ґратка вюртциту) або в кубічній сингонії (ґратка сфалериту).

ZnO - традиційна назва «цинкові білила» вказує на використання цинку для фарб. Наночастинки цинк оксиду володіють унікальними властивостями (в тому числі і бактерицидними). Він володіє протизапальними та адсорбованими властивостями.

Широкозонний напівпровідник цинк оксид ZnO є відомим матеріалом для створення світловипромінюючих приладів. Для об’ємного ZnO характерне випромінювання в ультрафіолетовій (~380 нм) та видимій (~530 нм) областях, причому спектральні характеристики видимого випромінювання ZnO сильно залежать від кристалічної структури кристала, наявності та типу дефектів.

Фізичні властивості ZnO дають змогу застосовувати його також для виготовлення газових сенсорів, провідних прозорих плівок, поверхневих акустичних хвилеводів, п’єзоелектричних приймачів. ZnO - добре відомий люмінесцентний матеріал.

Особливою характеристикою ZnO є досить велика ширина забороненої зони - 3,3 еВ за 300 K. Крім того, для ZnO характерна велика енергія зв’язку екситона (близько 60 меВ), що забезпечує високу стабільність екситона навіть за кімнатної температури.

Внаслідок цього якісний матеріал може ефективно випромінювати світло близького ультрафіолетового діапазону. ZnO - напівпровідниковий матеріал з прямими міжзонними переходами.- володіє різносторонньою дією на організм. В багатьох лікарських препаратах ZnO є провідним компонентом, а в ряді комплексних дерматологічних та косметичних препаратах - основною складовою [19]. Завдяки його антисептичної дії цинк оксид використовується також в лікувальних мазях.

Наночастки з ZnO служать для ультрафіолетового захисту в сонцезахисних кремах [20]. Наночастинки ZnO володіють підвищеною антибактеріальною активністю.

У порівнянні з органічними антибактеріальними засобами наночастинки ZnO володіють більшою довговічністю, меншою токсичністю, кращою винахідливістю і термостійкістю [19]. Здатність наночастинок цинк оксиду до розсіювання електромагнітних хвиль може використовуватись в тканинах для одягу, щоб надати їм властивості невидимості в інфрачервоному діапазоні за рахунок поглинання випромінюваного людським тілом тепла. Це дозволяє виготовляти невидимі в широкому діапазоні частот - від радіо до ультрафіолету камуфляжі. Такий одяг незамінний у військових та антитерористичних операціях [20].

РОЗДІЛ 2. ОПИС МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ

Скануюча електронна мікроскопія

Скануюча електронна мікроскопія (англ. Scanning Electron Microscopy, SEM) - метод дослідження поверхневої структури мікрооб’єкта шляхом аналізу відбитого “електронного зображення”. Цей метод, дозволяє отримувати зображення поверхні зразка з роздільною здатністю до кількох нанометрів. Зображення, які отримують в скануючому електронному мікроскопі, виглядають трьохмірними і зручними для вивчення структури поверхні. Додаткові методи дозволяють отримувати інформацію про елементний склад поверхні.

Сфокусований електронний промінь пробігає прямокутну ділянку зразка, внаслідок чого з поверхні емітуються вторинні та пружно-відбиті електрони. Сигнали цих променів детектуються і направляються на синхронізовану скануючу розгортку монітора, утворюючи зображення поверхні в різних режимах променів. Ширина скануючої зони визначає величину збільшення зображення. Крім вторинних та пружно-відбитих променів аналізуються ще інші сигнали від інших детекторів, які знаходяться навколо камери мікроскопа.

Просторова роздільна здатність скануючого електронного мікроскопа залежить від поперечного розміру електронного пучка, який у свою чергу залежить від характеристик електронно-оптичної системи, що фокусує пучок. Роздільна здатність також обмежена розміром області взаємодії електронного зонда із зразком, тобто від матеріалу мішені. Розмір електронного зонда і розмір області взаємодії зонда із зразком набагато більші відстані між атомами мішені, таким чином, роздільна здатність скануючого електронного мікроскопа не є достатньо великою, щоб відображати атомарні масштаби. В залежності від механізму реєстрації сигналу розрізняють декілька режимів роботи скануючого електронного мікроскопа: режим вторинних електронів, режим відбитих електронів, режим катодолюмінісценції [21].