맨위로가기

산화 아연

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

산화 아연(ZnO)은 아연과 산소의 화합물로, 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 무기 화합물이다. 고대부터 안료나 연고로 사용되었으며, 현재는 고무, 세라믹, 의약품, 화장품, 전자 제품 등 광범위한 분야에서 활용된다. 산화 아연은 백색 분말 형태로, 열을 가하면 색이 변하는 열변색성을 띠며, 물리적, 화학적 안정성이 뛰어나다. 특히 자외선 차단 효과가 뛰어나 자외선 차단제, 피부 보호제, 안료 등으로 사용되며, 반도체 특성을 활용하여 LED, 레이저 다이오드, 가스 센서 등 전자 제품에도 적용된다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 아연 화합물 - 황화 아연
    황화 아연(ZnS)은 아연과 황의 화합물로, 섬아연석과 섬아연광의 두 가지 결정 형태로 존재하며, 다양한 산업 분야에서 섬광체, 안료 등으로 활용되고 도핑에 따라 반도체로도 사용될 수 있으며, 초기 원자물리학 연구에도 기여했다.
  • 아연 화합물 - 염화 아연
    염화 아연(ZnCl₂)은 아연과 염소의 화합물로, 다양한 결정 형태와 수화물을 형성하며 물에 잘 녹아 산성 용액을 만들고, 소독제, 목재 방부제, 야금 플럭스, 섬유 가공, 유기 합성 시약, 루이스 산 촉매, 유기 아연 화합물 합성 전구체 등 다양한 용도로 사용된다.
  • 자외선 차단제 - 이산화 타이타늄
    이산화 타이타늄(TiO₂)은 흰색 안료, 자외선 차단제, 광촉매 등 다양한 용도로 사용되는 무기 화합물이며, 높은 굴절률과 은폐력을 지니고 금홍석, 예휘석 등의 광물 형태로 자연에 존재하지만, 식품 첨가물로서의 안전성과 나노 입자 형태의 유해성에 대한 연구가 진행 중이고, 주로 일메나이트 광물에서 추출되어 황산법과 염소법으로 생산된다.
  • 자외선 차단제 - 디벤질리덴아세톤
    디벤질리덴아세톤은 클라이젠-슈미트 축합 반응으로 합성되는 담황색 결정 물질로, 자외선 차단제 및 유기금속화학에서 팔라듐과 착체를 형성하는 리간드, 특히 트리스(디벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0) 촉매의 구성 성분으로 사용된다.
  • II-VI 반도체 - 황화 카드뮴
    황화 카드뮴은 카드뮴 염을 황 이온으로 침전시켜 제조하며, 반도체, 안료 등으로 사용되지만 독성이 있어 흡입 시 위험하고 발암 물질로 분류된다.
  • II-VI 반도체 - 황화 아연
    황화 아연(ZnS)은 아연과 황의 화합물로, 섬아연석과 섬아연광의 두 가지 결정 형태로 존재하며, 다양한 산업 분야에서 섬광체, 안료 등으로 활용되고 도핑에 따라 반도체로도 사용될 수 있으며, 초기 원자물리학 연구에도 기여했다.
산화 아연 - [화학 물질]에 관한 문서
기본 정보
산화 아연
이름산화 아연
다른 이름아연백
백아연
철학자의 양모
차이니즈 화이트
아연화
아연꽃
칼라민
식별자
CAS 등록번호1314-13-2
UNIISOI2LOH54Z
ChemSpider ID14122
ChEBI36560
PubChem14806
ChEMBL3988900
RTECSZH4810000
EINECS215-222-5
UN 번호3077
Gmelin13738
KEGGC12570
DrugBankDB09321
화학적 성질
화학식ZnO
몰 질량81.406 g/mol
외형흰색 고체
냄새무취
밀도5.6 g/cm3
용해도0.0004% (17.8°C)
녹는점1974 °C (분해)
끓는점2360 °C (분해)
밴드갭3.2 eV (직접)
전자 이동도180 cm2/(V·s)
굴절률n1=2.013, n2=2.029
자기 감수율−27.2·10−6 cm3/mol
열전도율0.6 W/(cm·K)
구조
결정 구조우르츠광
공간군C6v4-P63mc
배위사면체
단위 세포 분자 수2
격자 상수 a3.2495 Å
격자 상수 c5.2069 Å
열화학
표준 생성 엔탈피-350.46±0.27 kJ/mol
엔트로피43.65±0.40 J·K−1mol−1
열용량40.3 J·K−1mol−1
표준 생성 자유 에너지-320.5 kJ mol−1
융해 엔탈피70 kJ/mol
약리학
ATCvet 코드A07XA91
위험성
외부 MSDSICSC 0208
GHS 신호어경고
H 문구H400
H401
P 문구P273
P391
P501
NFPA 704건강: 2
화재: 0
반응성: 0
인화점1436 °C
LD50240 mg/kg (복강, 쥐), 7950 mg/kg (경구, 쥐)
IDLH500 mg/m3
LC502500 mg/m3 (쥐)
REL분진: TWA 5 mg/m3 C 15 mg/m3, 흄: TWA 5 mg/m3 ST 10 mg/m3
PELTWA 5 mg/m3 (흄), TWA 15 mg/m3 (총 분진), TWA 5 mg/m3 (호흡성 분진)
LCLo2500 mg/m3 (기니피그, 3–4 시간)
관련 화합물
다른 음이온황화 아연
셀렌화 아연
텔루르화 아연
다른 양이온산화 카드뮴
산화 수은(II)

2. 역사

초기 인류는 산화 아연 화합물을 가공하거나 가공하지 않은 형태로 안료나 연고로 사용했을 것으로 추정되지만, 정확한 구성은 알려져 있지 않다.[12] 기원전 500년경 인도 의학 서적인 차라카 샘히타(Charaka Samhita)에는 '푸쉬판잔(pushpanjan)'이라는 산화 아연으로 추정되는 물질을 눈과 상처에 바르는 연고로 사용했다는 기록이 있다.[13] 1세기 그리스 의사 디오스코리데스(Dioscorides)도 산화 아연 연고를 언급했다.[14] 갈레누스(Galen)는 궤양성 암 치료에,[15] 아비케나(Avicenna)는 그의 저서 ''의학 정전(The Canon of Medicine)''에서 산화 아연을 언급했다.

기원전 200년경 로마인들은 구리와 산화 아연을 반응시키는 세멘테이션 공정을 통해 황동(brass)을 대량 생산했다.[17] 산화 아연은 용광로에서 아연 광석을 가열하여 생성되었을 것으로 추정되며, 이 과정은 1세기 디오스코리데스(Dioscorides)에 의해 기술되었다.[18]

12세기부터 16세기까지 인도에서는 아연과 산화 아연이 원시적인 직접 합성 공정을 통해 생산되었다. 이후 17세기에 아연 제조 기술은 중국으로 전파되었다. 1743년, 영국 브리스톨(Bristol)에 최초의 유럽 아연 제련소가 설립되었다.[19] 1782년, 루이-베르나르 기통 드 모르보(Louis-Bernard Guyton de Morveau)는 납백(lead white) 안료를 산화 아연으로 대체할 것을 제안했다.[20]

산화 아연(아연백)은 1834년 유화 그림의 안료로 사용되기 시작했지만, 기름과 잘 섞이지 않는 문제가 있었다. 1845년 파리의 에드메-장 르클레르(Edme-Jean Leclaire)가 유화 물감을 대량 생산하면서 이 문제가 해결되었고, 1850년까지 유럽 전역에서 아연백이 제조되었다. 아연백 페인트는 햇빛에 안정적이고, 황을 함유한 공기에 의해 검게 변하지 않으며, 무독성이면서 경제적이라는 장점이 있었다. 그러나 다른 색과 섞지 않으면 부서지기 쉬운 건조 필름을 만들기 때문에, 19세기 후반~20세기 초 일부 화가들이 유화 그림 바탕으로 사용한 아연백은 시간이 지나면서 균열이 생기는 문제가 발생했다.[21]

최근에는 대부분의 산화 아연이 고무(rubber) 산업에서 부식(corrosion) 방지에 사용되었다. 1970년대에는 복사(photocopying) 용지의 충전제로 사용되었으나, 티타늄(titanium)에 의해 대체되었다.[51]

3. 물리적 성질

산화 아연은 II-VI족 반도체에 속하는 넓은 띠 간격 반도체이다. 산소 공공이나 아연 끼워듬으로 인한 반도체의 고유 도핑은 n형이다.[11] 모스 경도 약 4.5를 나타내는 비교적 무른 재료이다.[36] 탄성 상수는 GaN과 같은 관련 III-V족 반도체보다 작다. 높은 열용량과 열전도도, 낮은 열팽창 계수, 높은 융점은 세라믹스에 유용하다.[51] ZnO의 E2 광학 포논은 10K에서 133ps의 비정상적으로 긴 수명을 나타낸다.[37]

사면체 결합 반도체 중에서 ZnO는 가장 높은 압전 텐서를 가지고 있거나, 적어도 GaN과 AlN에 필적하는 것으로 알려져 있다.[38] 이러한 특성으로 인해 큰 전기 기계 결합이 필요한 많은 압전 응용 분야에서 기술적으로 중요한 재료가 된다. 따라서 박막 형태의 ZnO는 박막 벌크 음향 공진기에 사용되는 가장 많이 연구되고 사용되는 공진기 재료 중 하나이다.[39]

순수한 산화 아연은 흰색 분말이지만, 자연에서는 망간 등의 불순물을 포함한 진크사이트(zincite)로 산출되어 노란색에서 붉은색을 띤다. 열변색성을 지녀 가열하면 노란색으로 변하고 냉각되면 다시 흰색으로 돌아온다. 상온 상압에서 흰색 고체로 존재하며, 고순도 분말은 투명하다. 약 300℃로 가열하면 황변하지만, 식히면 원래대로 돌아온다. 상압에서는 906℃에서 휘발한다.[148]

3. 1. 결정 구조

산화 아연은 주로 육방정계 섬아연석[28]과 입방정계 섬아연석의 두 가지 형태로 결정화된다. 상온에서는 섬아연석 구조가 가장 안정적이다. 두 구조 모두 아연 및 산화물 중심은 사면체 구조를 갖는다. 산화 아연은 약 10GPa의 높은 압력에서 염화나트륨 구조로 변환된다.[11]

섬아연석 구조


150px

육방정계[29] 및 섬아연석[30] 다형체는 반전 대칭이 없다.[30] 이러한 격자 대칭 특성 등으로 인해 육방정계[29] 및 섬아연석[30] ZnO는 압전성을 띄고, 육방정계 ZnO는 초전성을 띈다.[31]

육방정계 구조는 점군 6mm(헤르만-모건 표기법) 또는 C6v(쇼엔플리스 표기법)를 가지며, 공간군은 P63mc 또는 C6v4이다. 격자 상수는 ''a'' = 3.25Å이고 ''c'' = 5.2Å이며, 그 비율 ''c/a'' ~ 1.60은 육방정계 셀의 이상적인 값 ''c/a'' = 1.633에 가깝다.[32] 대부분의 II-VI족 물질과 마찬가지로 ZnO의 결합은 주로 Zn2+O2−와 같은 이온 결합이며, Zn2+의 반지름은 0.074nm이고 O2−의 반지름은 0.140nm이다. 극성 Zn-O 결합으로 인해 아연 및 산소 평면은 전기적으로 대전된다. 전기적 중성을 유지하기 위해 이러한 평면은 원자 수준에서 재구성되지만, ZnO에서는 그렇지 않다. ZnO의 표면은 원자적으로 평평하고 안정적이며 재구성을 나타내지 않는다.[34]

4. 화학적 성질

양쪽성 산화물인 산화 아연은 물에는 거의 녹지 않지만, 염산과 같은 대부분의 산에 용해된다.[24]

:ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O

고체 산화 아연은 알칼리에도 용해되어 가용성 아연산염을 생성한다.[3]

:ZnO + 2 NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]

산화 아연은 오일 속 지방산과 서서히 반응하여 카르복실레이트(예: 올레에이트 또는 스테아레이트(zinc stearate))를 생성한다. 강한 수용액의 염화 아연과 혼합하면 아연 수산화 염화물로 가장 잘 설명되는 시멘트 같은 생성물을 형성한다.[25]

호프사이트(Hopeite)


산화 아연은 인산으로 처리할 때도 시멘트와 같은 재료를 형성하며, 이 반응에 의해 생성된 인산 아연 시멘트의 주요 성분은 호프사이트(hopeite) Zn3(PO4)2·4H2O이다.[27]

산화 아연은 표준 산소 압력에서 약 1975 °C에서 아연 증기와 산소로 분해된다. 탄열 반응에서 탄소와 함께 가열하면 훨씬 낮은 온도(약 950 °C)에서 산화물이 아연 증기로 변환된다.[3]

:ZnO + C → Zn(Vapor) + CO

상온 상압에서 산화 아연은 흰색 고체로 존재하며, 넓은 파장 영역에 걸쳐 빛을 반사하는 특성을 가진다. 다만, 고순도 분말은 투명감을 가진다. 지구의 대기 중에 산화 아연을 방치하면, 서서히 이산화탄소를 물과 함께 흡수한다.[151]

: 2ZnO + CO2 + H2O → Zn2CO3(OH)2

5. 생산

산화 아연은 공업적으로 세 가지 주요 공정을 통해 생산된다.[22][51]


  • 간접법 (프랑스 공정): 금속 아연을 흑연 도가니에서 녹여 907°C 이상 (보통 약 1000°C)에서 증발시킨다. 아연 증기는 공기 중의 산소와 반응하여 산화 아연을 생성하며, 이때 온도가 낮아지고 밝은 빛을 낸다. 산화 아연 입자는 냉각 덕트를 통해 집진기에서 수집된다. 이 방법은 1844년 에드메 장 르클레르에 의해 대중화되었으며, 생성물은 평균 0.1~수 마이크로미터 크기의 응집된 입자로 구성된다. 전 세계 산화 아연 생산량의 대부분이 이 공정으로 생산된다.

  • 직접법 (아메리카 공정): 섬아연광이나 제련 부산물 등 불순물이 포함된 아연 복합체에서 시작한다. 아연 전구체를 무연탄과 같은 탄소원과 함께 가열하여 탄열환원 반응을 통해 아연 증기를 생성하고, 이를 산화시킨다. 원료 순도가 낮아 직접법으로 생산된 산화 아연은 간접법에 비해 품질이 떨어진다.[52]

  • 습식 화학 공정: 염화 아연 수용액에서 시작하여 탄산 아연이나 수산화 아연을 침전시킨다. 고체 침전물을 약 800°C에서 소성하여 산화 아연을 얻는다.


이 외에도 과학 연구나 특수 목적을 위해 다양한 방법들이 사용된다. 큰 단결정은 기상 수송 (기상 증착), 수열 합성법[34][53][54], 용융 성장[55]으로 성장시킬 수 있다. 박막은 화학 기상 증착법[56], 유기금속 화학기상 증착법, 전기 증착, 스퍼터링, 분무 열분해, 열 산화[57], 졸-겔 합성, 원자층 증착법, 펄스 레이저 증착법[58] 등으로 생성할 수 있다.

산화 아연 나노구조는 나노로드, 사면체 등 다양한 형태로 합성될 수 있다.[34][61][62] 합성은 보통 약 90°C에서 질산 아연과 헥사메틸렌테트라민의 수용액에서 이루어지며, 특정 첨가제를 통해 나노와이어의 종횡비를 개선할 수 있다.[63]

천연에서는 홍아연광으로 산출되지만 희귀하다. 공업적으로는 아연을 가열하여 기화시키고 공기 중에서 연소시키거나, 황산 아연 또는 질산 아연의 열분해로 만들어진다.

2016년 일본 내 산화 아연 생산량은 56,729톤이었다.[152]

6. 용도

산화 아연 분말은 다양한 용도로 사용되며, 주로 다른 아연 화합물의 전구체로서 반응성을 이용한다. 재료 과학 분야에서 산화 아연은 높은 굴절률, 열전도율, 결합력, 항균성, 자외선 차단 특성을 지녀 플라스틱, 세라믹, 유리, 시멘트,[71] 고무, 윤활제,[36] 페인트, 연고, 접착제, 실란트, 콘크리트 제조, 안료, 식품, 배터리, 페라이트, 난연제[72] 등에 첨가된다.

피부에 바르면 약한 수렴 작용과 항균 작용을 하며,[150] 연고나 베이비파우더, 자외선 차단제[153]로도 사용된다. 백분 등 화장품에도 사용되며, 과거 납백보다 독성이 낮다. 황화수소에 변색되지 않아 백색 안료로도 중요하다.

그 외 용도는 다음과 같다.


  • 전자 부품(바리스터, 검파기)
  • 반도체
  • 투명 전극
  • 광촉매
  • 피뢰기
  • 경옵셋 인쇄: 감광체로 사용되어 빛을 쬔 부분은 전하가 중화되어 액체 토너가 흡착되지 않고, 빛이 닿지 않은 부분에 흡착된다.

6. 1. 고무 산업

산화 아연은 스테아르산과 함께 고무의 황 가황에 사용된다.[51][74] 고무 산업은 전체 산화 아연 사용량의 50~60%를 차지한다.[73] 나노 입자 형태의 산화 아연 첨가제는 고무의 내구성을 향상시키고,[76] 몬모릴로나이트 기반 복합 고무 재료와 같이 살균[77] 특성을 부여한다.

6. 2. 세라믹 산업

세라믹 산업, 특히 세라믹 유약 및 프릿 조성에서 산화 아연(ZnO)은 상당량 소비된다. 산화 아연은 비교적 높은 열용량, 열전도율, 고온 안정성, 그리고 비교적 낮은 팽창 계수를 가지고 있어 세라믹 생산에 바람직하다.[73] 산화 아연은 유약, 에나멜, 세라믹 배합의 융점과 광학적 특성에 영향을 미친다. 저팽창성의 이차 유동제인 산화 아연은 온도에 따른 점도 변화를 감소시켜 유약의 탄성을 향상시키고 크레이징(crazing)과 쉬버링(shivering)을 방지한다. 산화 바륨(BaO)와 산화 납(PbO)를 산화 아연으로 치환하면 열용량은 감소하고 열전도율은 증가한다. 소량의 아연은 광택 있고 밝은 표면을 만드는 데 도움이 되지만, 중간 정도나 다량으로 사용하면 매트하고 결정질의 표면을 생성한다. 색상과 관련하여 아연은 복잡한 영향을 미친다.[73]

6. 3. 의약품 및 화장품

칼라민 로션의 주성분으로, 기저귀 발진, 아토피 피부염, 습진 등 다양한 피부 질환 치료에 사용된다.[16][81][82] 베이비 파우더, 자외선 차단제, 방부제 연고, 비듬 방지 샴푸 등에 사용되며, 운동선수들이 연조직 손상을 방지하기 위한 붕대의 구성 요소로 사용되기도 한다.[16][82][85]

구강청결제와 치약에 항균제로 사용되어 입냄새를 조절한다.[86] 산화아연 또는 아연염과 함께 세틸피리디늄 클로라이드,[88] 자일리톨,[89] 히노키티올,[90] 정유 및 식물 추출물[91][92] 등의 다른 활성 성분이 이러한 제품에 일반적으로 포함되어 있다.

화장품, 특히 백분 등에 사용되어 백색을 낸다. 과거 사용되었던 납백과 비교하면 독성이 낮다.[150]

6. 4. 식품

필수 영양소인 아연의 공급원으로 시리얼을 포함한 많은 식품에 첨가된다. 아연은 산화 아연 나노입자 또는 황산 아연, 글루콘산 아연, 아세트산 아연, 구연산 아연의 형태로 식품에 첨가될 수 있다.[108] 일부 식품에는 영양소로 의도되지 않았더라도 미량의 산화 아연(ZnO)이 포함되어 있기도 하다.[109]

6. 5. 안료

페인트, 종이 코팅 등에 사용되는 백색 안료이다. 리토폰보다 불투명하지만 이산화티타늄보다는 불투명도가 낮다. 1782년경, 루이-베르나르 기통 드 모르보(Louis-Bernard Guyton de Morveau)는 납백(lead white) 안료를 산화아연으로 대체할 것을 제안했다.[20] 1834년 유화 그림의 안료로 받아들여졌지만 기름과는 잘 섞이지 않는 문제가 있었으나, ZnO의 합성을 최적화함으로써 해결되었다.[21] 1845년 파리의 에드메-장 르클레르(Edme-Jean Leclaire)는 유화 물감을 대규모로 생산하기 시작했고, 1850년까지 유럽 전역에서 아연백이 제조되었다.[21]

아연백 페인트는 기존의 납백(white lead)에 비해 햇빛에 매우 안정적이며, 황을 함유한 공기에 의해 검게 변하지 않고, 무독성이며 경제적이라는 장점이 있었다.[21] 아연백은 매우 "깨끗"하기 때문에 다른 색상과 혼합하여 색조를 만드는 데 유용하지만, 다른 색상과 섞지 않으면 다소 부서지기 쉬운 건조 필름을 만든다는 단점도 존재했다.[21]

6. 6. 자외선 차단

산화아연은 자외선 차단제에 사용되어 UVA(320–400 nm)와 UVB(280–320 nm) 광선을 모두 차단한다.[81][100][101][103] 이산화티타늄과 함께 비자극성, 비알레르기성, 비면포성으로 간주된다.[104] 많은 자외선 차단제는 산화아연 나노입자를 사용하는데, 이는 작은 입자가 빛을 산란시키지 않아 흰색으로 보이지 않기 때문이다. 이러한 나노입자는 일반 크기의 산화아연 입자보다 더 많이 피부에 흡수되지 않으며, 가장 바깥층에만 흡수되고 신체에는 흡수되지 않는다.[106]

미세화 및 나노 크기의 산화아연은 UVA와 UVB 자외선으로부터 강력한 보호 효과를 제공하므로, 자외선 차단제[114]뿐만 아니라 선글라스에도 사용된다.[115]

6. 7. 코팅

산화 아연 분말을 포함한 페인트는 금속의 부식 방지 코팅으로 오랫동안 사용되어 왔다. 특히 아연 도금 철에 효과적이다. 철은 유기 코팅과의 반응성으로 인해 취성이 생기고 접착력이 부족하여 보호하기 어렵다. 산화 아연 페인트는 이러한 표면에서 수년 동안 유연성과 접착력을 유지한다.[72]

알루미늄, 갈륨, 또는 인듐으로 고농도 n형 도핑된 ZnO는 투명하고 전도성이 있다. ZnO:Al 코팅은 에너지 절약 또는 단열 창에 사용된다. 이 코팅은 스펙트럼의 가시광선 부분은 통과시키지만, 창의 어느 쪽에 코팅이 되어 있느냐에 따라 적외선(IR) 방사선을 실내로 반사시켜 에너지를 절약하거나, 실내로 들어오는 적외선 방사선을 차단하여 단열 효과를 낸다.[22]

폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)와 같은 플라스틱은 산화 아연 코팅을 적용하여 보호할 수 있다. 이 코팅은 PEN을 통한 산소 확산을 감소시킨다.[117] 산화 아연 층은 야외용 폴리카보네이트에도 사용될 수 있다. 이 코팅은 폴리카보네이트를 태양 복사로부터 보호하고, 산화 속도와 광황변을 감소시킨다.[118]

6. 8. 전자 제품

산화 아연(ZnO)은 넓은 직접 천이 띠 간격(실온에서 3.37 eV 또는 375 nm)을 가지고 있어 레이저 다이오드와 발광 다이오드(LED) 등에 응용된다.[123] 산화 아연의 밴드갭은 산화마그네슘 또는 산화카드뮴과의 합금화를 통해 약 3~4 eV까지 조정할 수 있다.[11] 질화갈륨(GaN)과 비교하여 산화 아연은 더 큰 엑시톤 결합 에너지(~60 meV, 실온 열에너지의 2.4배)를 가지고 있어 밝은 실온 발광을 보인다. 산화 아연은 LED 응용을 위해 질화갈륨과 결합될 수 있는데, 예를 들어 투명 전도성 산화물 층과 산화 아연 나노구조는 더 나은 빛 추출을 제공한다.[125]

왼쪽


산화 아연은 바리스터, 검파기 등 전자 부품에 사용된다.[153] 또한, 피뢰기의 활성 물질로도 사용된다.[48][49]



투명하고 전도성이 있기 때문에 액정 디스플레이에 사용되는 투명 전극 재료이며,[132] 반도체( 산화물 반도체)이기도 하다. 알루미늄이 도핑된 산화 아연 층은 투명 전극으로 사용되는데, 아연과 알루미늄은 (ITO)에 비해 저렴하고 독성이 적다.[132] 투명 박막 트랜지스터(TTFT)는 ZnO를 사용하여 생산할 수 있다. 전계 효과 트랜지스터로서 p-n 접합이 필요하지 않아,[133] ZnO의 p형 도핑 문제를 피할 수 있다.

산화 아연은 가스 센서에서 황화수소, 이산화질소, 휘발성 유기 화합물과 같은 공기 중 화합물을 검출하는 데 사용된다.[130][131] 산화 아연은 환원성 화합물의 흡착에 의해 n형 도핑되는 반도체로, 널리 사용되는 산화주석 반도체 가스 센서와 유사하게 소자를 통과하는 검출된 전기 저항을 감소시킨다.

산화 아연은 리튬 이온 배터리의 유망한 음극재이며, 다른 전이 금속 산화물보다 더 높은 이론 용량(978 mAh g−1)을 갖는다.[143] 또한, ZnO는 슈퍼커패시터의 전극으로도 사용된다.[144]

6. 9. 기타

Depleted zinc oxide영어

바리스터

  • 64Zn(아연 동위원소의 한 종류)이 고갈된 산화 아연은 원자력 가압경수로의 부식 방지에 사용된다. 64Zn이 원자로 중성자에 의해 방사성 65Zn으로 중성자 활성화되기 때문에 고갈이 필요하다.[119]
  • 산화 아연(ZnO)은 메탄 개질기에서 황화수소(H2S)를 제거하는 전처리 단계로 사용된다. 이는 천연가스 내의 황 화합물을 수소화한 후에 이루어진다. 약 230°C~430°C의 온도에서 H2S는 물로 전환된다.[120]


: H2S + ZnO → H2O + ZnS

  • 산화 아연은 광촉매로 활용된다.
  • 피뢰기에 사용된다.
  • 경옵셋 인쇄에서 감광체로 사용된다. 빛을 쬔 부분은 도전성을 띄게 되어 표면에 대전된 전하가 중화되면서 액체 토너가 흡착되지 않는다. 빛이 쬐어지지 않은 부분에 액체 토너가 흡착된다. 현상, 정착, 친수화 처리를 하여 판을 만든다.
  • 전자 부품(바리스터, 검파기)
  • 반도체
  • 투명 전극

7. 연구 동향

산화 아연은 투명성, 높은 전자 이동도, 넓은 밴드갭, 강한 상온 발광 등 여러 유리한 특성을 지녀 다양한 분야에 활용된다.[40] 특히 액정 디스플레이의 투명 전극,[132] 에너지 절약 창문,[22] 박막 트랜지스터, 발광 다이오드 등에 쓰인다.[40]

상온에서 약 3.3 eV의 넓은 직접 밴드갭을 가져 항복 전압이 높고, 큰 전기장을 견디며, 전자 잡음이 적고, 고온 및 고출력 동작이 가능하다.[11] 산화마그네슘, 산화카드뮴과 합금하여 밴드갭을 3~4 eV까지 조절할 수 있다.[11]

대부분의 산화 아연은 n형 반도체 특성을 띠는데, 이는 비화학량론 때문이라는 주장이 있지만 논란이 있다.[42] 수소 불순물이 원인이라는 주장도 있다.[43] n형 도핑은 아연을 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등 3족 원소로 치환하거나, 산소를 염소, 요오드 등 7족 원소로 치환하여 제어한다.[44]

반면, 산화 아연의 p형 반도체 도핑은 p형 도펀트의 낮은 용해도, n형 불순물에 의한 보상 효과 등으로 인해 여전히 어렵다.[45] 1족 원소(Li, Na, K), 5족 원소(N, P, As), 구리, 은 등이 p형 도펀트로 알려져 있으나, 이들 중 상당수는 깊은 수용체를 형성해 상온에서 유의미한 p형 전도를 보이지 않는다.[11]

산화 아연의 전자 이동도는 온도에 따라 크게 변하며, 80 K에서 약 2000 cm2/(V·s)의 최댓값을 갖는다.[46] 정공 이동도는 5~30 cm2/(V·s) 범위로 알려져 있다.[47]

산화 아연은 바리스터, 서지 어레스터의 활성 물질,[48][49] 강한 비선형 광학 특성[50] 등으로도 활용된다. 알루미늄 도핑된 산화 아연(ZnO) 층은 (ITO)보다 저렴하고 독성이 적어 투명 전극으로 쓰이며, 액정표시장치 전면 접촉부 등에 활용된다.[132]

투명 박막 트랜지스터(TTFT)는 ZnO로 생산 가능하며, 전계 효과 트랜지스터로서 p-n 접합이 필요 없어 ZnO의 p형 도핑 문제를 피할 수 있다.[133]

2004년 東北大学 금속재료연구소는 청색 발광 다이오드 개발을 발표했다.[154] 산화 아연은 질화갈륨(GaN)과 거의 같은 약 3.37 eV의 밴드갭과 큰 엑시톤 구속 에너지(60 meV)를 갖는다.[155] 최근 P형 반도체 제조 기술 개발로 발광 다이오드, 자외선 반도체 레이저 등에 대한 기대가 커지고 있다.[156][157][158][159]

2014년 오사카 대학 연구팀은 산화 아연을 이용해 세계 최소 1 μm 구형 결정 제조에 성공했다고 발표했다.[160]

8. 안전성

미국 식품의약국(FDA)에서는 일반적으로 안전하다고 인정되는 물질(GRAS) 목록에 산화 아연을 포함하고 있다.[145] 산화 아연 자체는 무독성이지만, 아연 또는 아연 합금을 고온에서 용융 및 산화시킬 때 발생하는 고농도의 산화아연 증기를 흡입하는 것은 유해하다. 이러한 문제는 아연의 끓는점과 황동의 녹는점이 비슷하기 때문에 황동을 포함한 합금을 용융할 때 발생한다.[146] 아연 도금된 강철을 용접할 때 발생할 수 있는 산화아연 흡입은 금속 증기열이라는 질병을 유발할 수 있다.[146]

산화아연과 소분자 자외선 흡수제를 함께 사용한 자외선 차단제 제형에서 자외선은 소분자 흡수제의 광분해와 배아 제브라피시 분석에서 독성을 유발했다.[147]

참조

[1] 서적 Haynes
[2] 서적 Haynes
[3] 서적 Haynes
[4] 서적 Haynes
[5] 서적 Haynes
[6] 서적 Haynes
[7] 서적 Haynes
[8] 웹사이트 Zinc oxide https://chem.nlm.nih[...] 2015-11-17
[9] 간행물 # PGCH의 정확한 의미를 알 수 없으므로 임의로 분류했습니다. 추가 정보가 필요합니다. PGCH
[10] 간행물 # IDLH의 정확한 의미를 알 수 없으므로 임의로 분류했습니다. 추가 정보가 필요합니다. Zinc oxide
[11] 논문 A comprehensive review of ZnO materials and devices https://scholarscomp[...]
[12] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH 2006
[13] 서적 2000 years of zinc and brass British Museum
[14] 서적 The Oxford Handbook of Engineering and Technology in the Classical World Oxford University Press
[15] 서적 Breast Cancer (Atlas of Clinical Oncology) PMPH USA
[16] 서적 Breast Cancer: Cause – Prevention – Cure https://books.google[...] Tekline Publishing
[17] 서적 Encyclopædia Britannica http://www.britannic[...] 2009-03-10
[18] 논문 The origins and inspirations of zinc smelting
[19] 웹사이트 General Information of Zinc from the National Institute of Health, WHO, and International Zinc Association http://chinese-schoo[...] 2009-03-10
[20] 웹사이트 Zinc White https://www.matisse.[...] 2020-12-18
[21] 웹사이트 Zinc white: History of use http://www.webexhibi[...] webexhibits.org
[22] 논문 ZnO: material, physics and applications https://scholar.goog[...] 2007-04-01
[23] 서적 Inorganic Chemistry Elsevier
[24] 서적
[25] 논문 The chemistry of cements formed between zinc oxide and aqueous zinc chloride
[26] 서적 Materials in Dentistry: Principles and Applications https://books.google[...] Lippincott Williams & Wilkins 2024-02-01
[27] 논문 Setting reaction and resultant structure of zinc phosphate cement in various orthophosphoric acid cement-forming liquids
[28] 서적 Metal Oxides: Chemistry & Applications CRC Press
[29] 논문 Symmetry of zinc oxide nanostructures https://iopscience.i[...] 2006-02-15
[30] 서적 Bonds and bands in semiconductors Momentum Press 2009
[31] 서적 Pyroelectric Materials: Physics and Applications https://onlinelibrar[...] Wiley 2022-11-21
[32] 서적 Landolt-Bornstein, New Series, Group III Springer, Heidelberg
[33] 서적 Zinc Oxide: From Fundamental Properties Towards Novel Applications https://books.google[...] Springer 2010
[34] 학술지 Hydrothermal growth of ZnO nanostructures 2009-02-00
[35] 학술지 Capped ZnO (3, 0) nanotubes as building blocks of bare and H passivated wurtzite ZnO nanocrystals
[36] 학술지 CuO, ZrO2 and ZnO nanoparticles as antiwear additive in oil lubricants
[37] 학술지 Anharmonic effects in ZnO optical phonons probed by Raman spectroscopy
[38] 학술지 Ab initio study of piezoelectricity and spontaneous polarization in ZnO 1994-10-00
[39] 학술지 Simultaneous generation of longitudinal and shear ultrasonic waves: knowledge summary, PZT piezoelements manufacturing and experiments https://www.ndt.net/[...] 2011-00-00
[40] 서적 ZnO and ZnO-Related Compounds https://onlinelibrar[...] Wiley 2024-10-27
[41] 논문 Fabrication of ZnO/NiO transparent solar cells by electrochemical deposition 2019
[42] 논문 Residual Native Shallow Donor in ZnO https://corescholar.[...] 1999
[43] 논문 Hydrogen multicentre bonds 2007-01
[44] 논문 Growth and characterization of Ga-doped ZnO layers on a-plane sapphire substrates grown by molecular beam epitaxy 2002
[45] 논문 Positive Hall coefficients obtained from contact misplacement on evident ''n''-type ZnO films and crystals 2008
[46] 논문 Halleffekt und anisotropie der beweglichkeit der elektronen in ZnO 1974
[47] 논문 Properties of arsenic-doped p-type ZnO grown by hybrid beam deposition 2003
[48] 서적 Switching in Electrical Transmission and Distribution Systems https://books.google[...] 2014
[49] 서적 Introduction to Electrical Power and Power Electronics https://books.google[...] 2012
[50] 논문 Size-dependent enhancement of nonlinear optical properties in nanocolloids of ZnO http://dyuthi.cusat.[...] 2008
[51] 서적 Zinc Handbook: Properties, Processing, and Use in Design CRC Press
[52] 서적 Zinc Handbook: Properties, Processing, and Use in Design CRC Press
[53] 논문 Inductively heated Bridgman method for the growth of zinc oxide single crystals
[54] 논문 Growth of ZnO nanowires on nonwoven polyethylene fibers 2008-04-00
[55] 서적 Wide bandgap semiconductors: fundamental properties and modern photonic and electronic devices https://books.google[...] Springer
[56] 논문 Porous Zinc Oxide Thin Films: Synthesis Approaches and Applications 2018-02-09
[57] 논문 Electrodeposition and characterization of transparent ZnO thin films https://linkinghub.e[...] 2005-07-00
[58] 논문 Synthesis chemical methods for deposition of ZnO, CdO and CdZnO thin films to facilitate further research https://linkinghub.e[...] 2022-12-00
[59] 논문 Pulse annealing electron paramagnetic resonance with probing transition ions: Application to thermal formation and growth of nanoZnO http://link.springer[...] 2014-11-00
[60] 논문 Zinc Oxide—From Synthesis to Application: A Review 2014-04-09
[61] 논문 Synthesis, microstructure and photoluminescence of well-aligned ZnO nanorods on Si substrate
[62] 논문 One-dimensional ZnO nanostructures: Solution growth and functional properties
[63] 논문 Hydrothermal synthesis of ZnO nanorod arrays with the addition of polyethyleneimine
[64] 논문 Synthesis and magnetic properties of Co-doped ZnO nanowires 2006-04-15
[65] 논문 Hydrothermal synthesis of ZnO nanorods: a statistical determination of the significant parameters in view of reducing the diameter 2009-02-01
[66] 논문 Low-temperature wafer-scale production of ZnO nanowire arrays 2003-07-01
[67] 논문 Effects of Seed Layer Characteristics on the Synthesis of ZnO Nanowires
[68] 논문 General route to vertical ZnO nanowire arrays using textured ZnO seeds 2005-07-01
[69] 논문 Fabrication of ZnO nanowire arrays by cycle growth in surfactantless aqueous solution and their applications on dye-sensitized solar cells
[70] 논문 Density-controlled growth and field emission property of aligned ZnO nanorod arrays 2009-05-07
[71] 논문 The nucleotide sequence of the tetracycline resistance determinant tetM from Ureaplasma urealyticum 1988-02-01
[72] 웹사이트 Applications of ZnO http://ambicaindia.i[...] 2009-01-25
[73] 논문 Review: Zinc oxide particles: Synthesis, properties and applications
[74] 서적 Zinc Oxide Rediscovered The New Jersey Zinc Company
[75] 논문 Effect of zinc oxide nanoparticles as cure activator on the properties of natural rubber and nitrile rubber https://onlinelibrar[...] 2007-08-15
[76] 논문 Zinc Oxide Nanostructures: Illuminating the Potential in Biomedical Applications: a Brief Overview https://link.springe[...] 2024-06-01
[77] 논문 Emerging progress in montmorillonite rubber/polymer nanocomposites: a review https://link.springe[...] 2023-02-01
[78] 서적 Dermatology Springer Science & Business Media 2012
[79] 서적 The Mines of Mendip Oxford University Press 1930
[80] 서적 The Smithsonian Institution, 1846-1896, The History of Its First Half Century http://siarchives.si[...] De Vinne Press
[81] 논문 Zinc Therapy in Dermatology: A Review 2014
[82] 웹사이트 Section 13.2.2 Barrier Preparations https://web.archive.[...] British National Formulary 2008
[83] 서적 Medicinal Plants in Australia Volume 3: Plants, Potions and Poisons https://books.google[...] Rosenberg Publishing 2023-03-08
[84] 서적 Non-prescription Medicines https://books.google[...] Pharmaceutical Press 2023-03-08
[85] 논문 Zinc oxide tape: a useful dressing for the recalcitrant finger-tip and soft-tissue injury 1988-12
[86] 논문 Zinc in the mouth, its interactions with dental enamel and possible effects on caries; a review of the literature 2011-08
[87] 논문 Halitosis: a review of associated factors and therapeutic approach 2008-08
[88] 웹사이트 SmartMouth Clinical DDS Activated Mouthwash https://smartmouth.c[...]
[89] 웹사이트 Oxyfresh https://oxyfresh.com[...]
[90] 웹사이트 Dr ZinX https://www.drzinx.c[...] 2021-01-06
[91] 논문 Effect of Different Mouthrinses on Morning Breath 2001-09-01
[92] 논문 Clinical Efficacy of a Dentifrice and Oral Rinse Containing Sanguinaria Extract and Zinc Chloride During 6 Months of Use 1990-06-01
[93] 논문 Enhanced bioactivity of ZnO nanoparticles-an antimicrobial study 2008-07-01
[94] 논문 Contemporary perspective on the use of fluoride products in caries prevention 2013-02-01
[95] 논문 The cariostatic mechanisms of fluoride 2013-11-01
[96] 논문 Durability of nano ZnO antibacterial cotton fabric to sweat 2007-01-01
[97] 논문 Antibacterial, Deodorizing, and UV Absorbing Materials Obtained with Zinc Oxide (ZnO) Coated Fabrics 1993-01-01
[98] 논문 Enhancement of antibacterial properties of Ag nanorods by electric field 2009-02-01
[99] 논문 Review on Zinc Oxide Nanoparticles: Antibacterial Activity and Toxicity Mechanism 2015-07-01
[100] 웹사이트 Critical Wavelength & Broad Spectrum UV Protection https://mycpss.com/s[...] 2018-04-15
[101] 논문 Physical sunscreens: on the comeback trail http://www.bioline.o[...]
[102] 뉴스 Sunscreen https://www.fda.gov/[...] U.S. Food and Drug Administration
[103] 논문 Microfine zinc oxide (Z-cote) as a photostable UVA/UVB sunblock agent 1999-01-00
[104] 뉴스 What to Look for in a Sunscreen http://consults.blog[...] 2009-06-10
[105] 논문 Percutaneous absorption of zinc from zinc oxide applied topically to intact skin in man
[106] 논문 Current sunscreen controversies: a critical review 2011-04-00
[107] 서적 Introduction to Dental Materials Elsevier Health Sciences
[108] 논문 Food Additive Zinc Oxide Nanoparticles: Dissolution, Interaction, Fate, Cytotoxicity, and Oral Toxicity 2022-05-00
[109] 논문 Dietary exposure of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) from canned seafood by single particle ICP-MS: Balancing of risks and benefits for human health 2022-00-00
[110] 서적 The Secret Lives of Colour John Murray
[111] 서적 Zinc White Cambridge University Press
[112] 웹사이트 Vincent van Gogh, 'Wheatfield with Cypresses, 1889 http://colourlex.com[...]
[113] 웹사이트 The Lowdown on Mineral Makeup http://www.webmd.com[...] 2009-01-25
[114] 웹사이트 Sunscreen http://www.epa.gov/s[...]
[115] 웹사이트 Look Sharp While Seeing Sharp https://web.archive.[...] 2009-10-17
[116] 논문 ZnO – nanostructures, defects, and devices
[117] 논문 Photoprotection of poly(ethylene-naphthalate) by zinc oxide coating
[118] 논문 Sputtered zinc oxide coatings: structural study and application to the photoprotection of the polycarbonate
[119] 논문 BWR water chemistry?a delicate balance
[120] 특허 Process for desulfurization using particulate zinc oxide shapes of high surface area and improved strength
[121] 논문 Ultraviolet Lasers Realized via Electrostatic Doping Method 2015-09-00
[122] 논문 Light-controlling, flexible and transparent ethanol gas sensor based on ZnO nanoparticles for wearable devices 2015-06-00
[123] 논문 ZnMgO-ZnO quantum wells embedded in ZnO nanopillars: Towards realisation of nano-LEDs
[124] 논문 Ultrafast nonlinear optical response of photoconductive ZnO films with fluorine nanoparticles https://www.osapubli[...] 2011-08-15
[125] 논문 ZnO – GaN Hybrid Heterostructures as Potential Cost Efficient LED Technology
[126] 논문 Recent advances in ZnO materials and devices
[127] 논문 Ion-beam-produced structural defects in ZnO http://espace.librar[...] 2003-03-31
[128] 서적 ZnO and ZnO-Related Compounds https://onlinelibrar[...] Wiley 2024-10-27
[129] 논문 ZnO-based random lasing and their sensing applications: a mini-review https://link.springe[...] 2024-07-22
[130] 논문 Recent Progress on the Development of Chemosensors for Gases 2015-00-00
[131] 논문 Metal Oxide Nanostructures and Their Gas Sensing Properties: A Review 2012
[132] 논문 Transparent conductive Al-doped ZnO films for liquid crystal displays 2006
[133] 논문 Thin-film transistor fabricated in single-crystalline transparent oxide semiconductor 2003-05
[134] 논문 Depletion-mode ZnO nanowire field-effect transistor 2004
[135] 뉴스 Piezoelectric Nanowires Turn Fabric Into Power Source http://blog.wired.co[...] CondéNet 2008-02-13
[136] 논문 Microfibre-nanowire hybrid structure for energy scavenging 2008-02
[137] 논문 Heterogeneous visible light photocatalysis for selective organic transformations https://xlink.rsc.or[...] 2014
[138] 논문 A review of ZnO nanoparticles as solar photocatalysts: Synthesis, mechanisms and applications https://linkinghub.e[...] 2018-01-01
[139] 논문 Roles of Cocatalysts in Photocatalysis and Photoelectrocatalysis https://pubs.acs.org[...] 2013-08-20
[140] 논문 Recent developments of zinc oxide based photocatalyst in water treatment technology: A review https://linkinghub.e[...] 2016-01-01
[141] 논문 A review of ZnO nanoparticles as solar photocatalysts: Synthesis, mechanisms and applications https://linkinghub.e[...] 2018-01-01
[142] 논문 ZnO nanoneedles with tip surface perturbations: Excellent field emitters 2004
[143] 논문 Bio-inspired Murray materials for mass transfer and activity 2017-04-00
[144] 논문 Microwave assisted synthesis of rGO/ZnO composites for non-enzymatic glucose sensing and supercapacitor applications https://www.scienced[...] 2017-04-15
[145] 웹사이트 Zinc oxide http://www.accessdat[...] U.S. Food and Drug Administration 2009-08-03
[146] 웹사이트 The Safety of Zinc Casting http://www.theodoreg[...]
[147] 논문 Zinc oxide-induced changes to sunscreen ingredient efficacy and toxicity under UV irradiation. 2021
[148] 서적 元素111の新知識 講談社 1997-10-20
[149] 서적 無機医薬品化学（第3版） 廣川書店 1999-03-15
[150] 서적 無機医薬品化学（第3版） 廣川書店 1999-03-15
[151] 서적 無機医薬品化学（第3版） 廣川書店 1999-03-15
[152] 웹사이트 経済産業省生産動態統計年報　化学工業統計編 https://www.meti.go.[...]
[153] 논문 Risk assessment of zinc oxide, a cosmetic ingredient used as a UV filter of sunscreens 2017
[154] 웹사이트 酸化亜鉛を素材とした青色LEDの開発に成功 https://srad.jp/stor[...]
[155] 웹사이트 酸化亜鉛紫外発光デバイス http://kwsk.t.u-toky[...]
[156] 웹사이트 ZnO（酸化亜鉛） http://techon.nikkei[...]
[157] 웹사이트 紫外域に入り込む酸化亜鉛 http://ex-press.jp/w[...]
[158] 웹사이트 ZnO p-i-n ホモ接合発光ダイオード ∼安価な紫外光源の実現を目指して https://archive.is/o[...]
[159] 웹사이트 世界初！酸化亜鉛ナノ粒子塗布型紫外線発光ダイオードを開発しました https://web.archive.[...]
[160] 뉴스 千分の１ミリの球形結晶　世界初、大阪大 https://web.archive.[...] 2014-06-06
[161] 서적 Haynes
[162] 서적 Wide bandgap semiconductors: fundamental properties and modern photonic and electronic devices https://books.google[...] Springer
[163] 서적 Haynes
[164] 서적 Haynes
[165] 서적 Haynes
[166] 서적 Haynes
[167] 웹사이트 Zinc oxide http://chem.sis.nlm.[...] 2015-11-17
[168] PGCH
[169] IDLH Zinc oxide


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com