ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΥ (ZnO) ΘΟΥΛΙΩΤΗΣ ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΕΠΙΚ. ΚΑΘ. Δ. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ

ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ZnO 2. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ZnO ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟY ZnO ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ

1.ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ZnO Ονομασίες Chinese white, zinc white, flowers of zinc, philosopher’s wool Προέλευση Ορυκτό του ZnO: Ψευδαργυρίτης (zincite) Άμορφο

Παραγωγή του Οξειδίου του Ψευδαργύρου Ευρείας Κλίμακας Βιομηχανική Παραγωγή Τύποι επεξεργασίας του ψευδαργυρίτη για την παραγωγή του ZnO: Θέρμανση ψευδαργυρίτη με κωκ (άνθρακα) σε πλεόνασμα αέρα Zn + ½ O2  ZnO + 348.5 kJ

2. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ZnO 1. α) Αδιάλυτο στο νερό. β) Διαλυτό σε οξέα και βάσεις. 2. Παραμένει λευκό παρά την έκθεσή του στο υδρόθειο ή στην υπεριώδη ακτινοβολία. 3. Στην κρυσταλλική του μορφή παρουσιάζεται το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο. 4. Φωτοθερμική ένωση. 5. Επικίνδυνο για το περιβάλλον.

ZnO Θέση στον Περιοδικό Πίνακα των Στοιχείων Το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι μία ένωση των ομάδων II & VI II III IV V VI . B C N O Al Si P S Zn Ga Ge As Se Cd In Sn Sb Te Hg

Θέση στον Περιοδικό Πίνακα των Στοιχείων ZnO Zn 30 ηλεκτρόνια Κατανομή 30 Zn :1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4η περίοδος 2η δευτερεύουσα ομάδα d Τομέας d Ο 8 ηλεκτρόνια Κατανομή 8Ο :1s2 2s2 2p4 2η περίοδος 2+4=6 6η κύρια ομάδα p Τομέας p

Μελέτη του ομοιοπολικού δεσμού του ZnO Ηλεκτρονική θεωρία σθένους Zn Ηλεκτρονικοί Τύποι των στοιχείων κατά Lewis

Φυσικά Χαρακτηριστικά Μεγέθη του ZnO Χρώμα: Λευκό Φάση: Στερεά Μοριακό Βάρος: 81,41 g/mol Πυκνότητα: 5.606 g/cm3 Σημείο τήξης: 1975 οC Σημείο βρασμού: ; οC Πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού ΔHf0 solid -348,0 kJ/mol Πρότυπη μοριακή εντροπία S0 solid 43,9 J/(Κ*mol)

Κρυσταλλική Δομή Δομή χλωριούχου νατρίου(εδροκεντρωμένη κυβική) (b) Δομή Σφαλερίτη (εδροκεντρωμένη κυβική) (c) Δομή Βουρτσίτη (εξαγωνική)

Δομή Βουρτσίτη Πλεγματικές σταθερές: a0 = 0.32495 nm c0 = 0.52069 nm

Το ZnO ως Ημιαγωγός Μονωτές Κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού Μονωτές Κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού Ημιαγωγοί Αγωγοί του ηλεκτρισμού υπό προϋποθέσεις Μέταλλα Καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού Ηλεκτρονική διάταξη ημιαγωγού σε Τ=0 Κ (αριστερά) και σε Τ>0 Κ (δεξιά)

Ενεργειακό Χάσμα Το οξείδιο του ψευδαργύρου έχει άμεσο ενεργειακό χάσμα 3,4 eV Άμεσο ενεργειακό χάσμα: EC= EC (k=0) Έμμεσο ενεργειακό χάσμα: EC= EC (k#0)

3. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟY ZnO α) Συμπαγής (bulk): >100nm (3 διαστάσεις) β) Λεπτού υμενίου (thin film): 50-2000nm (2,3 διαστάσεις) γ) Χαμηλοδιάστατη (low dimensional): <20nm 0 διαστάσεις: κβαντικό σημείο (quantum dot) 1 διάσταση:κβαντικό καλώδιο (quantum wire) 2 διαστάσεις:κβαντικό πηγάδι (quantum well) δ) Σκόνη (powder)

ΕΛΑΣΤΙΚΑ Βιομηχανία ελαστικών Συνεισφορά στη χημική ενδυνάμωση των ελαστικών και στην αποτροπή της γήρανσης λόγω υπερθέρμανσης και πίεσης. Επιτάχυνση της διαδικασίας σκλήρυνσης των ελαστικών. Απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας με αποτέλεσμα την προστασία των ελαστικών από την μακρόχρονη έκθεσή τους στον ήλιο.

ΠΛΑΣΤΙΚΑ Παροχή ποικιλίας ιδιοτήτων στον τομέα των πλαστικών Βελτίωση μηχανικής αντοχής των πλαστικών Αύξηση της ανθεκτικότητας Βελτίωση θερμικής αντοχής των πλαστικών Αύξηση της αντοχής στη φωτιά Προστασία πλαστικών από τη φθορά του χρόνου και την υπεριώδη ακτινοβολία

  ΚΕΡΑΜΙΚΑ Συνεισφορά ενός μοναδικού συνδυασμού ιδιοτήτων στην επεξεργασία του γυαλιού Μείωση του συντελεστή θερμικής διαστολής του γυαλιού. Απόδοση υψηλής λαμπρότητας και στιλπνότητας στο γυαλί. Απόδοση υψηλής σταθερότητας στο γυαλί απέναντι στην παραμόρφωση κάτω από πίεση.

ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΦΑΡΜΑΚΩΝ ΚΑΙ ΚΑΛΛΥΝΤΙΚΩΝ Οπτικές και βιοχημικές ιδιότητες του ZnO Ειδικά χαρακτηριστικά σε μια ποικιλία φαρμάκων και καλλυντικών Απορρόφηση υπεριώδους ακτινοβολίας Προστασία δέρματος και προσώπου από τον ήλιο και αποφυγή εγκαυμάτων. Απόδοση στυπτικών ιδιοτήτων για τον έλεγχο του δέρματος. Απόδοση μυκητοκτόνων ιδιοτήτων.

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΦΩΤΟΤΥΠΙΩΝ Συνεισφορά των φωτοαγώγιμων και ημιαγώγιμων ιδιοτήτων του ZnO (μέσω της ειδικής θερμότητας ή/ και του εμπλουτισμού του με διάφορα ξένα στοιχεία) στην αύξηση της αγωγιμότητας. Τροποποίηση των οπτικών ιδιοτήτων του ZnO (με την προσθήκη συγκεκριμένων χρωστικών ουσιών, οι οποίες απορροφούνται από την επιφάνεια του ZnO ) για την αύξηση της απορροφητικότητας της ακτινοβολίας φωτός στην ορατή περιοχή του φάσματος.

ΛΙΠΑΝΤΙΚΑ Συνεισφορά του ZnO και των παραγώγων του στην ανάπτυξη της ποιότητας των λιπαντικών Χρήση του ZnO στα λιπαντικά λάδια των μηχανών αυτοκινήτου με σκοπό την μείωση της οξείδωσης και της φθοράς. Απόδοση ειδικών ιδιοτήτων σε πολλούς τύπους λιπαντικών και γράσων (βελτιωμένη προσκόλληση).

Καλύτερη επικάλυψη, λευκότητα, καθαρότεροι χρωματικοί τόνοι ΜΠΟΓΙΕΣ ZnO σε οργανικές στρώσεις Ευρύ φάσμα χημικών, βιοχημικών, οπτικών και φυσικών ιδιοτήτων Βελτίωση προϊόντων στη βιομηχανία χρωμάτων. Καλύτερη επικάλυψη, λευκότητα, καθαρότεροι χρωματικοί τόνοι Ανθεκτικότητα Εξαιρετική προστασία των ατσάλινων κατασκευών από τη διάβρωση σε κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες αλλά και σε υδάτινες συνθήκες. Διατήρηση της φωτεινότητας των χρωμάτων παρά την παρουσία καυσαερίων του θείου.

ΦΙΛΤΡΑ ΤΣΙΓΑΡΩΝ Το ZnO ως συστατικό στα φίλτρα τσιγάρων Απομάκρυνση συγκεκριμένων ουσιών από τον καπνό του τσιγάρου. Απομάκρυνση σημαντικών ποσοτήτων υδροκυανίου και υδρόθειου από τον καπνό του τσιγάρου χωρίς να επηρεάζεται η γεύση του.

Χρήση του ZnO στον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο ως επιβραδυντικό φωτιάς. ΕΠΙΒΡΑΔΥΝΤΙΚΑ ΠΥΡΟΣ Το ZnO και τα παράγωγά του Αντικείμενο εκτενούς έρευνας για προπαρασκευή ουσιών επιβραδυντικών φωτιάς. Χρήση του ZnO στον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο ως επιβραδυντικό φωτιάς. Περιεκτικότητα διαφόρων αναλογιών του ZnO, του βορικού οξέος και της αμμωνίας σε πυρασφαλή υφάσματα.

Προστασία ηλεκτρονικών κυκλωμάτων (Κομπιούτερς) ZnO VARISTORS ZnO Varistors Σημαντικό ρόλο στην προστασία κυκλωμάτων που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες ή υψηλές τάσεις (10 volt-εκατομμύρια volt) λόγω της κεραμικής του φύσης Προστασία ηλεκτρονικών κυκλωμάτων (Κομπιούτερς) Προστασία κυκλωμάτων από υπερφόρτωση σε βιομηχανίες διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και μετάδοσης πληροφοριών. Διευκόλυνση σε μεγάλο βαθμό της ευελιξίας του χρήστη λόγω της κεραμικής του φύσης (διάφορα μεγέθη και σχήματα).

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Το ηλιακό κύτταρο είναι μια ημιαγώγιμη διάταξη που μετατρέπει τα φωτόνια από τον Ήλιο σε ηλεκτρισμό. Γυαλί, υπόστρωμα Μολυβδαίνιο, πίσω επαφή Απορροφητής (absorber) υμένιο τύπου p- CdS επιφάνεια υποστρώματος (Buffer layer) υμένιο τύπου n- ZnO, παράθυρο (window layer) υμένιο τύπου n-

ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ Α) Κατασκευή τρανζίστορ λεπτών διαφανών φίλμ (Transparent thin film transistor). TTFT βασισμένο σε ZnO

Β) Κατασκευή Διόδων εκπομπής φωτός(Light Emitting Diode) που θα εκπέμπουν στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ http://www.reade.com/Products/Oxides/zinc_oxide.html, Zinc Oxide Power http://www.navbharat.co.in/clients.htm.   http://www.azom.com/details.asp, Zinc Oxide (ZnO) – Properties and Applications  http://www.en.wikipedia.org/wiki/ZnO , Zinc Oxide. http://www.en.wikipedia.org/wiki/ZnO , Zincite.   http://www.en.wikipedia.org/wiki/ZnO , The Mineral Zincite. http://www.VaristorTechnologyConsulting.htm,Zinc Oxide Varistor Technology   http://www.answers.com/topic/zinc-oxide-ointment, Zinc-oxide –ointment.   http://www.answers.com/main, zinc-oxide.   http://www.answers.com/topic/, zinc-oxide.

ΤΕΛΟΣ