تولید
همچنین ببینید: ذوب روی
برای مصارف صنعتی، ZnO در سطوح 105 تن در سال توسط سه فرآیند اصلی تولید می‌شود:
فرآیند غیر مستقیم
در فرآیند غیرمستقیم یا فرانسوی، روی فلزی در یک بوته گرافیتی ذوب شده و در دمای بالاتر از 907 درجه سانتیگراد (معمولاً حدود 1000 درجه سانتیگراد) تبخیر می شود. بخار روی با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و ZnO می دهد که با کاهش دما و درخشندگی درخشان همراه است. ذرات اکسید روی به داخل یک مجرای خنک کننده منتقل شده و در یک کیسه خانه جمع آوری می شوند. این روش غیرمستقیم توسط LeClaire (فرانسه) در سال 1844 رایج شد و بنابراین معمولاً به عنوان فرآیند فرانسوی شناخته می شود. محصول آن معمولاً از ذرات اکسید روی آگلومره شده با اندازه متوسط 0.1 تا چند میکرومتر تشکیل شده است. از نظر وزن، بیشتر اکسید روی جهان از طریق فرآیند فرانسوی تولید می شود.
فرآیند مستقیم
فرآیند مستقیم یا آمریکایی با کامپوزیت‌های روی آلوده مختلف، مانند سنگ معدن روی یا محصولات فرعی ذوب آغاز می‌شود. پیش سازهای روی با حرارت دادن با منبع کربن مانند آنتراسیت برای تولید بخار روی کاهش می یابند (کاهش کربوترمال) که در فرآیند غیرمستقیم اکسید می شود. به دلیل خلوص پایین تر ماده اولیه، محصول نهایی نیز در فرآیند مستقیم از کیفیت پایین تری نسبت به غیرمستقیم برخوردار است.
فرآیند شیمیایی مرطوب
مقدار کمی از تولیدات صنعتی شامل فرآیندهای شیمیایی مرطوب است که با محلول های آبی نمک روی شروع می شود که از آن کربنات روی یا هیدروکسید روی رسوب می کند. سپس رسوب جامد در دمای حدود 800 درجه سانتیگراد کلسینه می شود.
شما می توانید خواص و کاربرد اکسید روی را نیز اینجا ببینید.
سنتز آزمایشگاهی
رنگ‌های قرمز و سبز این کریستال‌های ZnO مصنوعی ناشی از غلظت‌های مختلف فضای خالی اکسیژن است.
روش‌های تخصصی متعددی برای تولید ZnO برای مطالعات علمی و کاربردهای خاص وجود دارد. این روش ها را می توان بر اساس شکل اکسید روی (توده، لایه نازک، نانوسیم)، درجه حرارت ("کم"، که نزدیک به دمای اتاق یا "بالا" است، یعنی T ~ 1000 درجه سانتی گراد)، نوع فرآیند (رسوب بخار) طبقه بندی کرد. یا رشد از محلول) و سایر پارامترها.
تک بلورهای بزرگ (بسیاری سانتی متر مکعب) را می توان با انتقال گاز (رسوب در فاز بخار)، سنتز هیدروترمال، یا رشد مذاب رشد داد.با این حال، به دلیل فشار بخار بالای اکسید روی، رشد از مذاب مشکل ساز است. کنترل رشد با انتقال گاز دشوار است و روش هیدروترمال را به عنوان اولویت باقی می‌گذارد.[5] لایه های نازک را می توان با رسوب شیمیایی بخار، اپیتاکسی فاز بخار متالارگانیک، رسوب الکتریکی، رسوب لیزر پالسی، کندوپاش، سنتز سل-ژل، رسوب لایه اتمی، تجزیه در اثر اسپری و غیره تولید کرد.
اکسید روی پودر سفید معمولی را می توان در آزمایشگاه با الکترولیز محلول بی کربنات سدیم با آند روی تولید کرد. هیدروکسید روی و گاز هیدروژن تولید می شود. هیدروکسید روی با حرارت دادن به اکسید روی تجزیه می شود.
Zn + 2 H2O → Zn(OH)2 + H2
Zn(OH)2 → ZnO + H2O
نانوساختارهای اکسید روی
نانوساختارهای ZnO را می‌توان به مورفولوژی‌های مختلفی از جمله نانوسیم‌ها، نانومیله‌ها، چهارپایان، نانوتسمه‌ها، نانوگل‌ها، نانوذرات و غیره سنتز کرد. سنتز معمولاً در دمای حدود 90 درجه سانتیگراد، در محلول آبی هممولار نیترات روی و هگزامین انجام می شود که دومی محیط اصلی را فراهم می کند. برخی از افزودنی ها، مانند پلی اتیلن گلیکول یا پلی اتیلنیمین، می توانند نسبت ابعاد نانوسیم های اکسید روی را بهبود بخشند. دوپینگ نانوسیم‌های اکسید روی با افزودن سایر نیترات‌های فلزی به محلول رشد حاصل شده است. مورفولوژی نانوساختارهای حاصل را می توان با تغییر پارامترهای مربوط به ترکیب پیش ساز (مانند غلظت روی و pH) یا عملیات حرارتی (مانند دما و نرخ گرمایش) تنظیم کرد.
نانوسیم‌های ZnO همتراز شده روی بسترهای سیلیکون، شیشه و نیترید گالیم از پیش کاشته شده با استفاده از نمک‌های روی آبی مانند نیترات روی و استات روی در محیط‌های پایه رشد داده شده‌اند.بسترهای پیش کاشت با ZnO، مکان هایی را برای هسته سازی همگن کریستال ZnO در طول سنتز ایجاد می کند. روش‌های متداول پیش کاشت شامل تجزیه حرارتی درجا کریستالیت‌های استات روی، پوشش نخی نانوذرات ZnO و استفاده از روش‌های رسوب فیزیکی بخار برای رسوب لایه‌های نازک ZnO است.پیش کاشت را می توان همراه با روش های الگوبرداری از بالا به پایین مانند لیتوگرافی پرتو الکترونی و لیتوگرافی نانوکره برای تعیین مکان های هسته سازی قبل از رشد انجام داد. نانوسیم‌های اکسید روی تراز شده را می‌توان در سلول‌های خورشیدی حساس‌شده به رنگ و دستگاه‌های انتشار میدانی استفاده کرد.
منبع