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2023-09-14T22:15:55+0900 |
加熱で酸化亜鉛が作れる
製法
- 亜鉛or酸化亜鉛を塩酸（ハイターとか）で溶かして塩化亜鉛（水溶性）
- Zn+2HCl → ZnCl2+H2
- ZnO+2HCl → ZnCl2+H2O
- 炭酸水素ナトリウム（重曹）と合わせて炭酸亜鉛を作る（不溶性）
- ZnCl2+2NaHCO3 → 2NaCl + ZnCO3 + CO2 + H2O
- 塩酸の残りはH2になって出ていく
- フィルターして炭酸亜鉛を取り出し、純水で洗い、乾かす
- 理想的には塩化ナトリウム溶液が残るはず
- 酢酸溶液（酢でもいい）に溶かす
- 日向で放置したら残った酢酸溶液は蒸発していく
- あんまり強く加熱すると先にZnOが生成されてしまう
亜鉛：65.38g/mol 10%希塩酸：2.87mol/L 炭酸ナトリウム：106g/mol 炭酸水素ナトリウム 84.007 g/mol 氷酢酸 60.052 g/mol
板一枚1.8g 亜鉛0.5gとすると 0.5/65.38 = 0.00764759865mol
塩酸の量はx2で0.0152951973mol ~~0.0152951973mol x 2.87 (mol/L) = 0.04389721627 L
43.8972162741mL
なんか明らかに0.5g以上溶けてる気がする・・・・・なんで？ pHも0貼りつきっぱなしになる~~
見事に分子分母間違えてた・・・・ 5.32933704mlでよかった
43.89mlの塩酸は 43.89x 0.001 x 2.87mol/L=0.1259643mol 必要な金属亜鉛は 65.38x0.1259= 8.23554593g
1.8gのやつ4枚と、元々余ってた2/3ぐらいのやつで 1.8x4.66=8.3880 不純物のとけ残りを考えるとこれでちょうど良さそう
炭酸水素ナトリウムの量 84.007(g/mol) x 0.5/65.38 (mol) = 0.64245182g
思ったより少ないな
いやなんか全然少ない、pH上がんないぞ 沈殿しきるまで溶かしてしまえばいいのか？
60.052 x 0.5 / 65.38
ざっくり0.5gか
Zinc acetate can be prepared by adding zinc metal or zinc oxide to acetic acid.
2 CH3COOH + Zn → Zn(CH3COO)2 + H2
2 CH3COOH + ZnO → Zn(CH3COO)2 + H2O
Vinegar can also be used as cheap source acetic acid. After all the zinc has dissolved, the solution is concentrated and cooled to crystallize solid zinc acetate dihydrate. If vinegar was used, organic residue from the vinegar will be trapped in the zinc acetate crystals. To remove the impurities, crush the resulting crystals and wash them thoroughly with an organic solvent. Multiple recrystallizations might be required to remove all the impurities.
If anhydrous zinc acetate is desired, you can dry the zinc acetate dihydrate by refluxing it with toluene, and using a Dean-Stark apparatus to separate the water.
究極的にはZnをお酢に突っ込んで放置すれば良いのか
http://www.sciencemadness.org/smwiki/index.php/Zinc_acetate
こっちの方がわかりやすい
https://www.youtube.com/watch?v=G1Eoc_r-9no
炭酸ナトリウム多めに入れると一部は水酸化亜鉛として沈殿して、こっちは125°で分解してZnOになる。そもそも全部水酸化亜鉛ではダメなのか？
なんか黒いとけ残りがいっぱい発生する。おそらく銅が不純物として含まれてるっぽい？ もっとちゃんとした原料を用意した方がよさそうではある・・・
→原料として普通に酸化亜鉛粉末を使ってしまう方が早い
Homemade Thin-Film Transistor Experiments#混合前駆体溶液を読むと酸化亜鉛を直でIPAで溶かして酢酸を加えればそれで良いっぽい？既に無駄な努力を重ねた気がしてきた
→これ普通にtypoで硝酸亜鉛と間違えてるだけだったっぽい。硝酸亜鉛は有機溶媒溶けるけど酸化亜鉛は無理
酢酸亜鉛の熱分解からの酸化亜鉛の製法
水蒸気雰囲気中での酢酸亜鉛の熱分解による酸化亜鉛の低温合成
乾燥ガス雰囲気下における酢酸亜鉛無水和物の熱プロセスは, 180℃付 近からの昇華で開始し, 熱分解は250℃での融解と同時に開始する。SCTG条件下では, 試料の融解は観測されず, 180℃付近での昇華反応のみで完結する。 高濃度の水蒸気雰囲気下での熱プロセスは, 乾燥ガス雰囲気中での反応とは大きく異なり, 250℃以下で結晶性ZnOを容易に生成させることができる。ZnOの生成は, 水蒸気濃度の増加に伴って促進され低温域にシフトする。
酢酸亜鉛 をMOCVDの 前駆体 として, 昇華特性 を 利用してZnOを基板上に成膜するには, 原料漕内の温度を190～230℃に設定する必要が有り, これを超えると分解が促進されてしまうことが分かる。
→これはC軸配向してるかどうかまではわかんないのかな
酸化亜鉛薄膜の製造方法
これはジエチル亜鉛＋ジイソプロピルエーテルなど、ここでも水蒸気雰囲気下であることが重要な点として挙げられている。
Low temperature biosynthesis of crystalline zinc oxide nanoparticles from Musa acuminata peel extract for visible-light degradation of methylene blue
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0030402620301133
バナナの皮と酢酸亜鉛、、、
Effect of zinc acetate concentration on the structural and optical properties of ZnO thin films deposited by Sol-Gel method
https://academicjournals.org/journal/IJPS/article-full-text-pdf/F085D9418604.pdf
やっぱモノエタノールアミンとメトキシエタノールは必須なんかなあ
Fabrication of a solution-processed thin-film transistor using zinc oxide nanoparticles and zinc acetate
https://www.academia.edu/download/50711444/0040-6090_2895_2906893-720161204-17215-pyocp6.pdf
Zn(C2H3O2)22H2O (Sigma–Aldrich) or Zn(C2H3O2)2 (Aldrich) was dissolved in the mixture of IPA (Rockwood, isoclean), as a solvent, and MEA (Sigma–Aldrich), as both a complexing agent and a base, while stirring at 60 C for 1 h. The molar ratio of Zn to MEA was kept constant at 1.
ディップコーティング法による酸化亜鉛薄膜の調製(1998)
https://core.ac.uk/download/pdf/144187984.pdf
前駆体溶液の調整 には,Zn源として酢酸亜鉛二水和物 (ナカライテスク試薬特級)、添加物であるPr源として酸化プラセオジム (信越化学試薬特級) を, また溶媒としては特級エタノールを用いた｡さらに前駆体溶液の安定化,ならびに粘度調整のための成膜助剤として,モノエタノールアミン,ジェクノールアミンならびに トリエタノールアミン (各ナカライテスク試薬特級)を用いた｡
最終的な亜鉛濃度が1.0mol/L
ディップコーティングした基板は,室温および110℃ でそれぞれ 5分間乾燥した後,酸素もしくは窒素ガス気流中 (1L/min),400℃ に保った横型管状炉で10分間仮焼成した｡1回のコーティングで得 られる薄膜の膜厚がきわめて薄いため,ディップコーティング ･乾燥 ･仮焼成の工程を10回繰り返した｡その後,空気中,1000-1200℃ で 2時間焼成し,均一で徴密な酸化亜鉛薄膜を得た。
10回、、、、
ところでエタノールアミン類 は,アルコキシドの加水分解を利用 した薄膜調製において,アルコキシドの加水分解速度の制御や溶液の粘度調整に利用されている10)｡成膜助剤として他にヒドロキシプロピルセルロースやポリビニールアルコール等が考えられるが,ここでは酢酸亜鉛の溶解性の促進7)や均一な酸化亜鉛薄膜調製の点からエタノールア ミン類 について検討した
ポリビニールアルコールならいいな！
亜鉛成分が基板に定着しないで飛散
あーそういうのもあるのな
後述するように酸化亜鉛の結晶化は200℃ で観察されるが,残留有機物をすべて除去するには450℃ の熱処理が必要であると推測される
塗布法によって堆積した ZnO 薄膜を用いた Cu / ガラス構造の密着性向上ならびにその形成条件の検討(2015)
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sfj/66/11/66_534/_pdf/-char/ja
また塗布法には，ゾルゲル法ならびに有機金属熱 分解法（MOD 法）を用いた。ゾルゲル法を用いた場合は， 99.0% の酢酸亜鉛二水和物（Zn（CH3COO）2･2H2O，関東化学 株式会社）を 99.5% のエタノール（関東化学株式会社）に溶解 させ，これをゾル溶液として用いた。なお，エタノール内の酢酸亜鉛二水和物の濃度は 0.02 mol/kg である。このゾル溶液内にガラス基板を 10 秒間浸漬し，約 0.5 mm/s の引き上げ速度で基板を引き抜いたのち，大気下で 400 ℃の温度で 30 分間の加熱を施した。この塗布と加熱の工程を 10 回繰り返 したことによって厚さが 350 nm の薄膜が堆積された。
透明導電膜の製作 兵庫県立神戸高等学校 自然科学研究会化學班
http://www.hyogo-c.ed.jp/~sizenkagakubu/_src/sc1781/17kensobun_papers_chemistry.pdf
高校生すごい
ゾルゲル法による金属酸化物の製造方法(2015、東大の特許)
先ず図２のフローチャートにおけるステップＳ１１に示すように、酢酸亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯ２）２）のエタノール溶液を準備する。この酢酸亜鉛は、亜鉛の酢酸塩であり、正しくは酢酸亜鉛二水和物を例に挙げて説明をしているが、これ以外に亜鉛の硝酸塩、炭酸塩等に代替してもよい。また本発明ではこの亜鉛以外の金属であってもよく、金属塩であればいかなるものに代替してもよい。この酢酸亜鉛を溶解させるエタノール溶媒は、親水性有機溶媒を代表して用いたものであるが、他のアルコール溶液に代替させるようにしてもよい。なお、この酢酸亜鉛はエタノール溶媒に対して０．０１〜０．０５Ｍの濃度で溶解させることが望ましい。
え、じゃあ炭酸亜鉛そのまんまエタノールとかIPAに突っ込むのでも実はいいのか？
炭酸亜鉛も溶けませんよ、、、
あー、これは薄膜じゃないから微妙か
Temperature-dependent photoluminescence of nanocrystalline ZnO thin films grown on Si (100) substrates by the sol–gel process. Applied Physics Letters, 86(13), 131910.
Zhang, Y., Lin, B., Sun, X., & Fu, Z. (2005).
https://doi.org/10.1063/1.1891288
The nanocrystalline ZnO thin films were grown using the aqueous sol prepared by zinc acetate dehydrate and polyvinyl alcohol (PVA). The concentrations of Zn2+ and PVA were 0.3 mol/l and 3 g/l, respectively. The sol was spincoated on Si (100) substrates and dried at 120 °C for six times, alternatively. Then, the films were heated at 600 °C for 30 min in a tubular furnace in air atmosphere
これは随分と楽そうだが、、、