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शुद्ध जिंक ऑक्साइडZnO, सफेद पाउडर या हेक्सागोनल क्रिस्टल के रासायनिक सूत्र के साथ एक अकार्बनिक पदार्थ है। यह गंधहीन, स्वादहीन और रेतरहित होता है। गर्म करने पर यह पीला हो जाता है, और ठंडा होने पर फिर से सफेद हो जाता है, और 1800 डिग्री तक गर्म करने पर उर्ध्वपातित हो जाता है। आवरण शक्ति टाइटेनियम डाइऑक्साइड और जिंक सल्फाइड की आधी है। रंग भरने की शक्ति मूल लेड कार्बोनेट से दोगुनी है। यह जिंक का ऑक्साइड है। यह पानी में अघुलनशील, अम्ल और मजबूत क्षार में घुलनशील है। जिंक ऑक्साइड एक सामान्य रासायनिक योजक है, जिसका व्यापक रूप से प्लास्टिक, सिलिकेट उत्पादों, सिंथेटिक रबर, चिकनाई वाले तेल, पेंट कोटिंग्स, मलहम, चिपकने वाले, भोजन, बैटरी, ज्वाला मंदक और अन्य उत्पादों के उत्पादन में उपयोग किया जाता है। जिंक ऑक्साइड में बड़ा ऊर्जा बैंड गैप और एक्साइटन बाइंडिंग ऊर्जा, उच्च पारदर्शिता और उत्कृष्ट कमरे के तापमान ल्यूमिनेसेंस प्रदर्शन है। इसका व्यापक रूप से लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले, पतली फिल्म ट्रांजिस्टर, प्रकाश उत्सर्जक डायोड और अर्धचालक क्षेत्र के अन्य उत्पादों में उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, नैनो सामग्री के रूप में सूक्ष्म कण जिंक ऑक्साइड ने भी संबंधित क्षेत्रों में भूमिका निभानी शुरू कर दी।
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रासायनिक सूत्र |
OZn |
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सटीक द्रव्यमान |
80 |
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आणविक वजन |
81 |
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m/z |
80 (100.0%), 82 (57.4%), 84 (38.6%), 83 (8.4%), 86 (1.3%) |
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मूल विश्लेषण |
ओ, 19.66; जेएन, 80.34 |
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शुद्ध जिंक ऑक्साइडमुख्य रूप से सफेद पाउडर या लाल जस्ता अयस्क के रूप में मौजूद होता है। लाल जस्ता अयस्क में मैंगनीज जैसी अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा अयस्क को पीला या लाल दिखाई देती है। जब जिंक ऑक्साइड क्रिस्टल को गर्म किया जाता है, तो थोड़ी मात्रा में ऑक्सीजन परमाणु ओवरफ्लो हो जाएंगे (800 डिग्री सेल्सियस पर ऑक्सीजन परमाणुओं की कुल संख्या का 0.007%) ओवरफ्लो हो जाएगा, जिससे पदार्थ पीला दिखाई देगा। जब तापमान गिरता है, तो क्रिस्टल वापस सफेद हो जाता है।
(1) रबर उद्योग
रबर या केबल उद्योग में प्राकृतिक रबर, सिंथेटिक रबर और लेटेक्स के लिए वल्केनाइजिंग एजेंट, सुदृढ़ीकरण एजेंट और रंग एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है, ताकि रबर को अच्छा संक्षारण प्रतिरोध, आंसू प्रतिरोध और लोच मिल सके। सफेद रबर के रंग एजेंट और भराव का उपयोग क्लोरोप्रीन रबर में वल्केनाइजिंग एजेंट के रूप में किया जाता है, और छोटे कणों (लगभग 0.1 μ मीटर आकार) का उपयोग पॉलीओलेफिन या पॉलीविनाइल क्लोराइड जैसे प्लास्टिक के लिए हल्के स्टेबलाइजर्स के रूप में किया जा सकता है। विशिष्ट शुद्ध सिलिकॉन रबर की तापीय चालकता अपेक्षाकृत कम है; ZnO तापीय प्रवाहकीय पाउडर जोड़कर, इसके उच्च प्रतिरोध को बनाए रखते हुए सिलिकॉन रबर की तापीय चालकता में सुधार किया जा सकता है। यहां तक कि अपेक्षाकृत कम भरने वाली सामग्री पर भी, नैनोस्केल फिलर्स को जोड़ने से उच्च तापीय चालकता प्राप्त हो सकती है। हालाँकि, नैनोकणों और पॉलिमर की सतह के बीच कमजोर अंतःक्रिया के कारण, ZnO नैनोकण एक साथ एकत्रित होते हैं और पॉलिमर मैट्रिक्स में बड़े आकार के कण बनाते हैं, जो रबर के यांत्रिक गुणों को प्रभावित करता है।
(2) कपड़ा उद्योग
कपड़ा कोटिंग्स के लिए, जलरोधक और स्वयं साफ करने वाले कपड़ों का सैन्य और दैनिक उपयोग में आशाजनक व्यावसायिक अनुप्रयोग है। स्व-सफाई और जलरोधक वस्त्र कपड़ों पर दाग को रोकने में मदद करते हैं और सूरज की रोशनी में हानिकारक यूवी किरणों से शरीर की रक्षा करते हैं। इसके अलावा, नैनोस्ट्रक्चर्ड ZnO कोटिंग्स अपने समकक्षों की तुलना में यूवी अवरोधक के रूप में अधिक सांस लेने योग्य और प्रभावी हैं।
(3) फार्मास्युटिकल और सौंदर्य प्रसाधन उद्योग
जिंक ऑक्साइड का उपयोग दंत चिकित्सा में किया जाता है, मुख्य रूप से टूथपेस्ट में एक घटक के रूप में और अस्थायी भरने के रूप में भी। आवश्यक आहार जिंक प्रदान करने के लिए ZnO का उपयोग विभिन्न प्रकार के पोषण उत्पादों और आहार अनुपूरकों में भी किया जाता है। सनस्क्रीन में ZnO नैनोकणों के उपयोग में चिपचिपे फॉर्मूलेशन होते हैं जिन्हें त्वचा पर लगाना आसान नहीं होता है और सौंदर्य की दृष्टि से आकर्षक नहीं होते हैं। क्योंकि वे पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित कर सकते हैं, इन उत्पादों का उपयोग फेस क्रीम में किया जाने लगा। जिंक ऑक्साइड का उपयोग दंत बहाली के लिए पेस्ट के रूप में भी किया जा सकता है।
(4) उत्प्रेरक उद्योग
उत्प्रेरक की सतह पर होने वाली ऑक्सीकरण या कमी प्रतिक्रियाओं के माध्यम से इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े प्रकाश की तीव्रता से नीचे उत्पन्न होते हैं। फोटोकैटलिस्ट की उपस्थिति में, कार्बनिक प्रदूषकों को फोटो जनित छिद्रों के माध्यम से सीधे ऑक्सीकरण किया जा सकता है या प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) के साथ प्रतिक्रियाओं के माध्यम से अप्रत्यक्ष रूप से ऑक्सीकरण किया जा सकता है। सामान्य उत्प्रेरकों में ZnO शामिल है, जो पराबैंगनी प्रकाश की तीव्रता से नीचे फोटोकैटलिटिक गतिविधि प्रदर्शित कर सकता है। ZnO में खराब स्थिरता और फोटो संक्षारण के प्रति कम संवेदनशीलता है। हालाँकि, जिंक ऑक्साइड बेहतर स्थिरता, बेहतर क्रिस्टलीयता और छोटे दोष प्रदान करता है। अन्य घटकों को जोड़ने से ZnO की फोटोकैटलिटिक गतिविधि को और बढ़ाया जा सकता है और जिंक ऑक्साइड की दृश्यमान वर्णक्रमीय सीमा का विस्तार किया जा सकता है।
(5) इलेक्ट्रॉनिक उद्योग
जिंक ऑक्साइड एक महत्वपूर्ण नए प्रकार का सेमीकंडक्टर है जिसका इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में व्यापक अनुप्रयोग है। कमरे के तापमान पर इसके विस्तृत ऊर्जा बैंड (3.37 eV) और उच्च बंधन ऊर्जा (60 meV) का मतलब है कि जिंक ऑक्साइड का उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, सतह ध्वनिक तरंगों का उत्सर्जन करने वाले उपकरणों, क्षेत्र उत्सर्जक, सेंसर, पराबैंगनी लेजर और सौर कोशिकाओं में किया जा सकता है।
(6) अन्य क्षेत्र
कार्बनिक संश्लेषण उत्प्रेरक और डिसल्फराइज़र का उपयोग विश्लेषणात्मक अभिकर्मकों, संदर्भ अभिकर्मकों, फ्लोरोसेंट एजेंटों और प्रकाश संवेदनशील सामग्रियों के लिए मैट्रिक्स के रूप में किया जाता है।
उर्वरक उद्योग में, कच्ची गैस का उपयोग अमोनिया, पेट्रोलियम, प्राकृतिक गैस रासायनिक कच्चे गैस डिसल्फराइजेशन के संश्लेषण में सटीक डिसल्फराइजेशन और मेथनॉल और हाइड्रोजन उत्पादन जैसे औद्योगिक कच्चे गैस और तेल की गहरी डिसल्फराइजेशन और शुद्धिकरण प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है।
इलेक्ट्रोस्टैटिक वेट कॉपीिंग, ड्राई ट्रांसफर प्रिंटिंग, लेजर फैक्स संचार, इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर की इलेक्ट्रोस्टैटिक रिकॉर्डिंग और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्लेट बनाने वाली फाइलें के लिए उपयोग किया जाता है।
प्लास्टिक उद्योग, सनस्क्रीन सौंदर्य प्रसाधन श्रृंखला के उत्पादों, विशेष सिरेमिक उत्पादों, विशेष कार्यात्मक कोटिंग्स और कपड़ा स्वच्छता प्रसंस्करण में उपयोग किया जाता है।
औषधि, मरहम, जस्ता पेस्ट और रबर पेस्ट बनाने के लिए एक कसैले के रूप में उपयोग किया जाता है।
सफेद रंगद्रव्य के रूप में उपयोग किया जाता है, इसकी रंगाई शक्ति टाइटेनियम डाइऑक्साइड और लिथोपोन से कम है। एबीएस रेजिन, पॉलीस्टाइरीन, एपॉक्सी रेजिन, फेनोलिक रेजिन, अमीनो रेजिन, पॉलीविनाइल क्लोराइड, साथ ही पेंट और स्याही को रंगने के लिए उपयोग किया जाता है। जिंक क्रोम येलो, जिंक एसीटेट, जिंक कार्बोनेट, जिंक क्लोराइड आदि जैसे पिगमेंट के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है।
इलेक्ट्रॉनिक लेजर सामग्री, फॉस्फोरस, उत्प्रेरक और चुंबकीय सामग्री का विनिर्माण।
इसका उपयोग लाख के कपड़े, सौंदर्य प्रसाधन, इनेमल, चमड़ा आदि के उत्पादन में भी किया जाता है।
छपाई और रंगाई, कागज निर्माण, माचिस, दवा उद्योग, कांच उद्योग आदि के लिए उपयोग किया जाता है।
जिंक ऑक्साइड एक फ़ीड पोषक तत्व फोर्टिफ़ायर है जो फ़ीड प्रसंस्करण में जिंक पूरक के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त है।
मानव ने प्रयोग करना सीख लिया हैशुद्ध जिंक ऑक्साइडलंबे समय तक एक कोटिंग या बाहरी दवा के रूप में, लेकिन जिंक ऑक्साइड की खोज के इतिहास का पता लगाना मुश्किल है।
रोमनों ने पहले से ही जिंक ऑक्साइड युक्त जिंक अयस्क के साथ तांबे की प्रतिक्रिया करके पीतल का उत्पादन करना सीख लिया था। जिंक ऑक्साइड को एक ऊर्ध्वाधर भट्ठी में जिंक वाष्प में परिवर्तित किया जाता है और प्रतिक्रिया के लिए ग्रिप में घुमाया जाता है। डायोस्कोराइड्स ने भी इसका परिचय दिया।
भारतीय जस्ता और जस्ता खनिजों से परिचित हो गए, और प्राचीन तरीकों से जस्ता को गलाना शुरू कर दिया। जिंक गलाने की तकनीक 17वीं शताब्दी में चीन में पेश की गई थी।
इंग्लैंड ने यूरोप में पहला जस्ता गलाने का संयंत्र स्थापित किया।
यह सबसे पहले जलरंग रंगद्रव्य बन गया, लेकिन तेल में घुलना मुश्किल है। हालाँकि, नई जिंक ऑक्साइड उत्पादन प्रक्रिया द्वारा समस्या जल्द ही हल हो गई।
लेक्लर ने पेरिस में जिंक व्हाइट ऑयल पेंट का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया
जिंक ऑक्साइड पूरे यूरोप में लोकप्रिय हो गया।
जिंक ऑक्साइड की शुद्धता इतनी अधिक थी कि कुछ कलाकारों ने अपने चित्रों को आधार रंग के रूप में जिंक व्हाइट से ढक दिया, लेकिन सौ साल बाद इन चित्रों में दरारें आ गईं।
जिंक ऑक्साइड का उपयोग अधिकतर रबर उद्योग में किया जाता था।
जिंक ऑक्साइड का दूसरा सबसे बड़ा उपयोग फोटोकॉपी पेपर में एक योज्य के रूप में होता था, लेकिन 21वीं सदी में, फोटोकॉपी पेपर में एक योज्य के रूप में जिंक ऑक्साइड का उपयोग करने की प्रथा को चरणबद्ध तरीके से समाप्त कर दिया गया है।
शिमाने विश्वविद्यालय में प्रोफेसर शौहिको नाकामुरा के नेतृत्व में शोध दल ने लगभग 10 नैनोमीटर व्यास वाले जिंक ऑक्साइड कणों को संश्लेषित किया और उन्हें फ्लोरोसेंट गुण देने के लिए विशेष तकनीकों के साथ इलाज किया। इस प्रकार का नैनोकण अपेक्षाकृत स्थिर रूप से प्रकाश उत्सर्जित करता है और 24 घंटे से अधिक समय तक रह सकता है, लेकिन इसकी उत्पादन लागत हरे फ्लोरोसेंट प्रोटीन की तुलना में एक प्रतिशत से भी कम है।
शोधकर्ताओं ने प्रायोगिक चूहों को इस कण से युक्त प्रोटीन खिलाया और चूहों के शरीर के अंदर प्रकाश उत्सर्जित करने वाले कण की छवियों को सफलतापूर्वक कैप्चर किया।
जापान में शिमाने विश्वविद्यालय ने जिंक ऑक्साइड नैनोकण के विकास की घोषणा की जो प्रकाश विकिरण के तहत प्रतिदीप्ति उत्सर्जित कर सकता है। इसकी चमक स्थिर और सुरक्षित है, और इसे अत्याधुनिक चिकित्सा क्षेत्रों में लागू किया जा सकता है।
शुद्ध जिंक ऑक्साइड की सनस्क्रीन दक्षता: 20nm कण आकार ZnO की UV प्रकीर्णन दर TiO2 की 1.7 गुना है
20 एनएम कण आकार ZnO की यूवी प्रकीर्णन दक्षता TiO की तुलना में काफी बेहतर है।
प्रकाश प्रकीर्णन सिद्धांत और नैनोमटेरियल्स के प्रायोगिक डेटा के अनुसार, जब जिंक ऑक्साइड (ZnO) और टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO₂) के कण आकार दोनों 20nm होते हैं, तो ZnO की पराबैंगनी (UV) प्रकीर्णन दर TiO₂ की 1.7 गुना तक पहुंच सकती है। यह अंतर दोनों के बीच अपवर्तक सूचकांक, कण आकार और प्रकाश तरंग दैर्ध्य की मिलान डिग्री के साथ-साथ नैनोकणों के सतह प्रभाव के कारण है। विशेष रूप से इस प्रकार प्रकट:
अपवर्तक सूचकांक अंतर
ZnO का अपवर्तनांक 2.03 है, जबकि TiO₂ (रूटाइल प्रकार) का अपवर्तनांक 2.71 है। यद्यपि TiO₂ का अपवर्तक सूचकांक अधिक है, ZnO में 20nm के कण आकार पर UVA (320-400nm) और UVB (280-320nm) के लिए बेहतर प्रकीर्णन दक्षता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इसके कण का आकार पराबैंगनी प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से अधिक निकटता से मेल खाता है, जो माई स्कैटरिंग सिद्धांत के नियम के अनुरूप है कि "जब कण आकार और तरंग दैर्ध्य का अनुपात 0.1 के करीब होता है तो प्रकीर्णन दक्षता उच्चतम होती है"।
स्पेक्ट्रल कवरेज रेंज
ZnO में UVA के लिए परिरक्षण दर 95% से अधिक है और अधिकांश लंबी तरंग UVA (380-400nm) को कवर करता है, जबकि TiO ₂ UVB और लघु तरंग UVA (320-350nm) पर अधिक ध्यान केंद्रित करता है।
दृश्यमान प्रकाश संप्रेषण
20nm ZnO 85% से अधिक के दृश्य प्रकाश संप्रेषण को बनाए रखते हुए उच्च UV परिरक्षण प्राप्त करता है, पारंपरिक भौतिक सनस्क्रीन की "व्हाइटनिंग" समस्या से बचाता है और उपयोगकर्ता अनुभव में सुधार करता है।
तकनीकी सिद्धांत: नैनोकण आकार और प्रकाश प्रकीर्णन का सहक्रियात्मक प्रभाव
माई प्रकीर्णन सिद्धांत
जब नैनोकण आकार (डी) और आपतित प्रकाश तरंग दैर्ध्य (λ) (डी/λ) का अनुपात 0.1 तक पहुंचता है, तो प्रकीर्णन दक्षता अपने चरम पर पहुंच जाती है। UVA (लैम्ब्डा ≈ 350nm) और UVB (लैम्ब्डा ≈ 300nm) के लिए, 20nm (d/lambda ≈ 0.057-0.067) के कण आकार के साथ ZnO इष्टतम अनुपात के करीब है, जबकि TiO ₂ (d/lambda ≈ 0.043-0.067) में संक्षेप में उच्च दक्षता है तरंग दैर्ध्य बैंड लेकिन लंबी तरंग दैर्ध्य बैंड में महत्वपूर्ण क्षीणन।
सतही प्रभाव और फैलाव
20nm ZnO सतह कोटिंग तकनीक (जैसे कि Al ₂ O ∝ कोटिंग परत की मोटाई 2-5nm) के माध्यम से ढेर को कम करता है, और फोटोकैटलिटिक दक्षता क्षीणन दर 30%/100h से घटकर 8%/100h हो जाती है, जिससे दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित होती है। फैलाने वाले की खुराक 50% कम हो जाती है, और निपटान की गति 0.01 मिमी/घंटा (पारंपरिक प्रक्रिया 0.5 मिमी/घंटा) तक कम हो जाती है, जिससे सनस्क्रीन की एकरूपता में काफी सुधार होता है।
बहुआयामी परिरक्षण प्रदर्शन
UVA परिरक्षण: 20nm ZnO में UVA के लिए 95% से अधिक की परिरक्षण दर है, जो 320-400nm की संपूर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज को कवर करती है, विशेष रूप से लंबी तरंग UVA (380-400nm) के लिए TiO ₂ से बेहतर है।
UVB परिरक्षण: TiO ₂ का UVB बैंड (280-320nm) में मजबूत अवशोषण होता है, लेकिन ZnO उच्च सांद्रता (5-25%) का उपयोग करके इस अंतर की भरपाई कर सकता है, जबकि TiO ₂ के कारण होने वाली फोटोकैटलिटिक प्रतिक्रियाओं से बच सकता है (त्वचा को नुकसान पहुंचाने के लिए मुक्त कणों का उत्पादन)।
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