산화 아연

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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.

산화 아연 - [화학 물질]에 관한 문서

기본 정보

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산화 아연

이름	산화 아연
다른 이름	아연백 백아연 철학자의 양모 차이니즈 화이트 아연화 아연꽃 칼라민

식별자

CAS 등록번호	1314-13-2
UNII	SOI2LOH54Z
ChemSpider ID	14122
ChEBI	36560
PubChem	14806
ChEMBL	3988900
RTECS	ZH4810000
EINECS	215-222-5
UN 번호	3077
Gmelin	13738
KEGG	C12570
DrugBank	DB09321

화학적 성질

화학식	ZnO
몰 질량	81.406 g/mol
외형	흰색 고체
냄새	무취
밀도	5.6 g/cm³
용해도	0.0004% (17.8°C)
녹는점	1974 °C (분해)
끓는점	2360 °C (분해)
밴드갭	3.2 eV (직접)
전자 이동도	180 cm²/(V·s)
굴절률	n₁=2.013, n₂=2.029
자기 감수율	−27.2·10⁻⁶ cm³/mol
열전도율	0.6 W/(cm·K)

구조

결정 구조	우르츠광
공간군	C_6v⁴-P6₃mc
배위	사면체
단위 세포 분자 수	2
격자 상수 a	3.2495 Å
격자 상수 c	5.2069 Å

열화학

표준 생성 엔탈피	-350.46±0.27 kJ/mol
엔트로피	43.65±0.40 J·K⁻¹mol⁻¹
열용량	40.3 J·K⁻¹mol⁻¹
표준 생성 자유 에너지	-320.5 kJ mol⁻¹
융해 엔탈피	70 kJ/mol

약리학

ATCvet 코드	A07XA91

위험성

외부 MSDS	ICSC 0208
GHS 신호어	경고
H 문구	H400 H401
P 문구	P273 P391 P501
NFPA 704	건강: 2 화재: 0 반응성: 0
인화점	1436 °C
LD50	240 mg/kg (복강, 쥐), 7950 mg/kg (경구, 쥐)
IDLH	500 mg/m³
LC50	2500 mg/m³ (쥐)
REL	분진: TWA 5 mg/m³ C 15 mg/m³, 흄: TWA 5 mg/m³ ST 10 mg/m³
PEL	TWA 5 mg/m³ (흄), TWA 15 mg/m³ (총 분진), TWA 5 mg/m³ (호흡성 분진)
LCLo	2500 mg/m³ (기니피그, 3–4 시간)

다른 음이온	황화 아연 셀렌화 아연 텔루르화 아연
다른 양이온	산화 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. 기원전 500년경 인도 의학 서적인 차라카 샘히타(Charaka Samhita)에는 '푸쉬판잔(pushpanjan)'이라는 산화 아연으로 추정되는 물질을 눈과 상처에 바르는 연고로 사용했다는 기록이 있다. 1세기 그리스 의사 디오스코리데스(Dioscorides)도 산화 아연 연고를 언급했다. 갈레누스(Galen)는 궤양성 암 치료에, 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. 산화 아연은 용광로에서 아연 광석을 가열하여 생성되었을 것으로 추정되며, 이 과정은 1세기 디오스코리데스(Dioscorides)에 의해 기술되었다.

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. 1782년, 루이-베르나르 기통 드 모르보(Louis-Bernard Guyton de Morveau)는 납백(lead white) 안료를 산화 아연으로 대체할 것을 제안했다.

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.

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

3. 물리적 성질

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

사면체 결합 반도체 중에서 ZnO는 가장 높은 압전 텐서를 가지고 있거나, 적어도 GaN과 AlN에 필적하는 것으로 알려져 있다. 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.

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.

3.1. 결정 구조

산화 아연은 주로 육방정계 섬아연석과 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.

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

육방정계 구조는 점군 6mm(헤르만-모건 표기법) 또는 C_6v(쇼엔플리스 표기법)를 가지며, 공간군은 P6₃mc 또는 C_6v⁴이다. 격자 상수는 a = 3.25Å이고 c = 5.2Å이며, 그 비율 c/a ~ 1.60은 육방정계 셀의 이상적인 값 c/a = 1.633에 가깝다. 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.

4. 화학적 성질

양쪽성 산화물인 산화 아연은 물에는 거의 녹지 않지만, 염산과 같은 대부분의 산에 용해된다.
:ZnO + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂O

고체 산화 아연은 알칼리에도 용해되어 가용성 아연산염을 생성한다.
: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.

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

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.
: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.
: 2ZnO + CO₂ + H₂O → Zn₂CO₃(OH)₂

5. 생산

산화 아연은 공업적으로 세 가지 주요 공정을 통해 생산된다.

* 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.

* 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, 용융 성장으로 성장시킬 수 있다. 박막은 화학 기상 증착법, 유기금속 화학기상 증착법, 전기 증착, 스퍼터링, 분무 열분해, 열 산화, 졸-겔 합성, 원자층 증착법, 펄스 레이저 증착법 등으로 생성할 수 있다.

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

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.

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, 고무, 윤활제, 페인트, 연고, 접착제, 실란트, 콘크리트 제조, 안료, 식품, 배터리, 페라이트, 난연제 등에 첨가된다.

피부에 바르면 약한 수렴 작용과 항균 작용을 하며, 연고나 베이비파우더, 자외선 차단제로도 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. 고무 산업은 전체 산화 아연 사용량의 50~60%를 차지한다. 나노 입자 형태의 산화 아연 첨가제는 고무의 내구성을 향상시키고, 몬모릴로나이트 기반 복합 고무 재료와 같이 살균 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. 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.

6.3. 의약품 및 화장품

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

구강청결제와 치약에 항균제로 사용되어 입냄새를 조절한다. 산화아연 또는 아연염과 함께 세틸피리디늄 클로라이드, 자일리톨, 히노키티올, 정유 및 식물 추출물 등의 다른 활성 성분이 이러한 제품에 일반적으로 포함되어 있다.

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

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. 일부 식품에는 영양소로 의도되지 않았더라도 미량의 산화 아연(ZnO)이 포함되어 있기도 하다.

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. 1834년 유화 그림의 안료로 받아들여졌지만 기름과는 잘 섞이지 않는 문제가 있었으나, ZnO의 합성을 최적화함으로써 해결되었다. 1845년 파리의 에드메-장 르클레르(Edme-Jean Leclaire)는 유화 물감을 대규모로 생산하기 시작했고, 1850년까지 유럽 전역에서 아연백이 제조되었다.

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

6.6. 자외선 차단

산화아연은 자외선 차단제에 사용되어 UVA(320–400 nm)와 UVB(280–320 nm) 광선을 모두 차단한다. 이산화티타늄과 함께 비자극성, 비알레르기성, 비면포성으로 간주된다. 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.

미세화 및 나노 크기의 산화아연은 UVA와 UVB 자외선으로부터 강력한 보호 효과를 제공하므로, 자외선 차단제뿐만 아니라 선글라스에도 사용된다.

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.

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.

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

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. 산화 아연의 밴드갭은 산화마그네슘 또는 산화카드뮴과의 합금화를 통해 약 3~4 eV까지 조정할 수 있다. 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.

산화 아연은 바리스터, 검파기 등 전자 부품에 사용된다. 또한, 피뢰기의 활성 물질로도 사용된다.

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

산화 아연은 가스 센서에서 황화수소, 이산화질소, 휘발성 유기 화합물과 같은 공기 중 화합물을 검출하는 데 사용된다. 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. 또한, ZnO는 슈퍼커패시터의 전극으로도 사용된다.

6.9. 기타

Depleted zinc oxide^영어
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* 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.
* 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.

: 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. 특히 액정 디스플레이의 투명 전극, 에너지 절약 창문, 박막 트랜지스터, 발광 다이오드 등에 쓰인다.

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

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

반면, 산화 아연의 p형 반도체 도핑은 p형 도펀트의 낮은 용해도, n형 불순물에 의한 보상 효과 등으로 인해 여전히 어렵다. 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.

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

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

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

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

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

8. 안전성

미국 식품의약국(FDA)에서는 일반적으로 안전하다고 인정되는 물질(GRAS) 목록에 산화 아연을 포함하고 있다. 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. 아연 도금된 강철을 용접할 때 발생할 수 있는 산화아연 흡입은 금속 증기열이라는 질병을 유발할 수 있다.

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