Aplicaciones
Es este el campo en el que el ZnO cobras más importancia pues tiene innumerables aplicaciones tanto domésticas, como científicas o las mas importante, en el campo de los semiconductores. Dichas aplicaciones explotan la reactividad del ZnO como precursor de otros compuestos de Zn. Dividiremos las aplicaciones del ZnO en dos tipos:
- Aplicaciones domésticas y de uso diario
- Aplicaciones científicas y en el campo de la nanotecnología.
Aplicaciones domésticas y de uso diario
Industria del caucho
El 50% del ZnO se usa en la industria del caucho. El ZnO junto con ácidos esteáricos activan la vulcanización del caucho, que no podría ocurrir de otra manera. Una mezcla de estos dos componentes permite un rápido y más controlado restablecimiento del caucho. El ZnO es también un importante aditivo en los neumáticos de caucho de los coches. Los catalizadores de la vulcanización son derivados del ZnO y mejoran considerablemente la conductividad termal, la cual es crucial para disipar el calor producido por la deformación cuando el neumático rueda.
Uso Médico
Una mezcla de ZnO con Fe2O3 es la llamada calamina que se usa en odontología. También se ha comprobado que el ZnO dividido en finas partículas tiene propiedades bactericidas, razón por la cual es añadido a varios materiales como el algodón, caucho, o los envoltorios de comida. El ZnO también es usado en una gran variedad de tratamientos para la piel, en productos como polvos de talco o cremas protectoras. Este ultimo uso se debe a que no es absorbido por la piel por lo que se queda en la superficie y bloquea los rayos ultravioleta tipo A (320-400 nm) y de tipo B (280-320 nm). Por eso también es usado en aceites, cremas y lociones para proteger contra quemaduras solares y otros daños producidos por la luz ultravioleta. Todos estos usos médicos del ZnO son perfectamente conocidos en la sociedad, y podemos encontrar numerosas paginas que no son de química y que hablan de ello:
Filtro de cigarrillos
Un filtro de carbón vegetal impregnado con ZnO y FeO remueve significativas cantidades de H2S y de HCN del humo del tabaco sin que eso afecte a su sabor.
Aditivo en alimentación
Es añadido a numerosos alimentos como los cereales como fuente de Zn, el cual es un nutriente necesario. Además también se incluyen trazas de ZnO en el empaquetamiento de alimentos.
Protector contra la corrosión
Las pinturas que contienen ZnO se utilizan como revestimiento anticorrosivo para los metales. Éstas son especialmente efectivas contra el hierro galvanizado. Además, el ZnO se reduce a un isótopo de Zn, concretamente el 64Zn, para ser usado en la prevención de la corrosión en reactores nucleares de agua presurizada.
Aplicaciones científicas y nanotecnología
Electrónica
El óxido de zinc es uno de los materiales más prometedores en cuanto al campo de la electrónica, por poseer propiedades ópticas excelentes en el ultravioleta. Podría sustituir a diodos láser emisores de luz (LED) visible, como el arseniuro de galio. Además el óxido de Zn puede actuar como sustrato en heteroepitaxias (de GaN por ejemplo). Entre las características que han llevado al óxido de zinc a ser utilizado en electrónica caben destacar:
* Es un semiconductor de gap ancho: 3,35 eV.
* Posee gap directo a temperatura ambiente.
* Alta conductividad eléctrica.
* Alta transmisión óptica en el visible y alta reflectancia en el infrarrojo.
* Buena estabilidad térmica y química.
El óxido de zinc es un semiconductor de la familia II-VI, debido a la diferencia de electronegatividades entre el zinc y el oxigeno. Una de las aplicaciones del ZnO en electrónica esel uso del óxido de zinc como láseres ultravioletas que son capaces de mejorar la densidad de grabación, y podría reemplazar a los diodos láser de color azul utilizados actualmente en HD-DVD y BlueRay. A estos materiales les han llamado "semiconductor luminiscente ultravioleta muy eficiente". En cuanto a las aplicaciones en electrónica transparente, el óxido de zinc puede formar parte del desarrollo de semiconductores aptos para fabricar pantallas TFT. Incluso se han descubierto nanopartículas de óxido de zinc que pueden utilizarse para combatir el crimen, ya que estas nanopartículas permiten obtener huellas digitales excelentes.
Nanotecnología
El óxido de zinc tiene un gran interés tecnológico en estructuras de baja dimensionalidad. Se pueden obtener múltiples nanoestructuras en forma de nanopartículas, nanohílos, nanofibras… Científicos de la universidad de Karlsruhe han fabricado nanovarillas de este material que emiten luz, éstas pueden aplicarse en proyectos y dispositivos que necesiten nanoláseres en el ultravioleta, es decir de longitud de onda corta. También se han creado nanoláseres de nanohílos de ZnO y GaN. Estos nanohílos pueden funcionar como medio activo y como microcavidad láser emitiendo en el rango ultravioleta y a temperatura ambiente.
Espintrónica
En primer lugar definiremos la espintrónica. La espintrónica es una tecnología emergente que explota tanto la carga del electrón como su espín, que se manifiesta como un estado de energía magnética débil. Bien pues el ZnO también ha sido considerado para aplicaciones electrónicas: si es dopado con 1-10 % de iones magnéticos como el Fe, Mn, Co… , el ZnO puede volverse ferromagnético incluso a temperatura ambiente, volviéndose adecuado para dichas aplicaciones espintrónicas.
Piezoelectricidad
Otra aplicación de los nanohílos de ZnO es la de funcionar como generadores de corriente eléctrica aprovechando sus propiedades piezoeléctricas y semiconductoras. Podrían sustituirse las baterías actuales, mucho más voluminosas, y crear dispositivos más pequeños. Un buen desarrollo llegaría a convertir la energía mecánica del movimiento del cuerpo, la contracción muscular o corrientes de fluidos en electricidad. Los nanogeneradores utilizan la electricidad producida al doblar y liberar los nanohílos de ZnO. Para obtener energía suficiente para alimentar un dispositivo nanométrico deben construirse series ordenadas un gran número de estos nanohílos. Además de poder usar estos dispositivos dentro del cuerpo, puesto que el ZnO es biocompatible, también podrían usarse allí donde exista una fuente de energía mecánica. También se han conseguido desarrollar prendas de vestir con estos nanomateriales capaces de abastecer de energía pequeños dispositivos portátiles. Por ejemplo, el ejército ha usado este tipo de tecnología para los trajes de los soldados. Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia propusieron utilizarlos con finalidad médica, podrían implantarse dentro del cuerpo humano y servir como fuente de alimentación de marcapasos o válvulas gracias al movimiento muscular.
Biosensor
En cuanto a su aplicación como biosensor, se ha demostrado que el ZnO puede emplearse para detectar el colesterol. Estos biosensores tienen alta sensibilidad y muy buen límite de detección, se han obtenido con distintas estructuras, pero los que poseen una estructura en forma de flor con forma hexagonal han demostrado mayor sensibilidad.
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