Lo stannato di zinco o ossido di zinco–stagno (ZTO) è un ossido ternario noto per la sua stabilità in condizioni estreme, maggiore mobilità degli elettroni rispetto agli ossidi binari e interessanti proprietà ottiche. Infatti lo stannato di zinco è adatto in varie applicazioni come display a schermo piatto, celle solari a film sottile, rivestimenti per finestre, elettrodi conduttori trasparenti e come materiale anodico nelle batterie a ioni litio.
Le ricerche nel campo delle nanotecnologie nel campo dei semiconduttori hanno portato alla rivalutazione di ossidi ternari della forma AII2 BIVO4 come lo stannato di cadmio Cd2SnO4 , noto come ossido di cadmio-stagno (CTO) , e lo stannato di zinco Zn2SnO4 in cui lo stagno ha numero di ossidazione +4.
Lo stannato di zinco appartiene al gruppo degli spinelli la cui sintesi allo stato solido richiede un’attivazione meccanica prolungata dei precursori della reazione di partenza ovvero polveri di ZnO e SnO2 e temperature di sinterizzazione considerevolmente elevate nell’intervallo da 1000 a 1280°C. La reazione chimica allo stato solido tra ZnO e SnO 2 inizia in modo relativamente lento a 1000°C mentre lo stannato di zinco policristallino monofase si forma a 1280°C.
L’ossido di zinco è presente nel minerale zincite ma viene ottenuto prevalentemente per sintesi tramite molti processi ed è noto fin dall’antichità dove pare fosse usato come unguento per gli occhi e le ferite aperte, ed è menzionato nel testo medico indiano Charaka Samhita, che si ritiene risalga al 500 a.C. L’ossido di stagno (IV) è contenuto nel minerale cassiterite ma è abitualmente prodotto bruciando lo stagno nell’aria
Sintesi dello stannato di zinco
La sintesi dello stannato di zinco a partire dalle polveri di ZnO e SnO2 presenta lo svantaggio per il quale, nel corso del processo, si verifica l’evaporazione dell’ossido di zinco. Variando i parametri sperimentali come la temperatura e la concentrazione si può procedere alla sintesi idrotermale in cui la nucleazione e la crescita del cristallo avvengono con moderate temperatura dell’acqua.
La sintesi idrotermale si è dimostrata efficace per la crescita di nanostrutture di varie morfologie poiché i parametri chimico-fisici come temperatura, concentrazione di reagenti, durata della crescita dei cristalli, additivi possono essere variati facilmente ed inoltre si ha un migliore controllo della termodinamica e della cinetica coinvolte nel processo di nucleazione e crescita.
Un’altra metodologia sintetica, oltre alla evaporazione termica e al metodo idrotermale, è il metodo sol-gel in cui si utilizza cloruro di zinco e cloruro di stagno (IV) quali precursori seguita da calcinazione a 600°C. Un altro metodo per la sintesi dello stannato di zinco prevede la reazione tra una soluzione di acetato di zinco solubilizzato in acqua deionizzata a temperatura ambiente e una soluzione di cloruro di stagno (IV). La reazione netta che avviene è:
2 Zn2+ + Sn4+ + 8 OH– → Zn2SnO4 + 4 H2O
Le due soluzioni sono miscelate sotto agitazione seguite dall’aggiunta di una soluzione di idrossido di sodio 1.0 M necessario a portare il pH della soluzione intorno a 13.5 per ottenere un gel bianco. Il pH della miscela di reazione viene regolato a 10 aggiungendo acido cloridrico concentrato in modo da ottenere la precipitazione dello stannato di zinco
Usi
Le nanostrutture di stannato di zinco mostrano, a seconda del metodo di sintesi e quindi della sua struttura un band gap compreso tra 3.8 e 4.1 eV. Per la sua elevata conduttività elettrica (∼104 S·cm −1 ), elevata mobilità elettronica (10–15 cm 2 ·V −1 ·S −1), ampio gap di banda, assorbimento trascurabile della luce visibile e strutture di bande elettroniche adattabili alle applicazioni è un materiale ideale per l’uso pratico in pannelli solari, batterie al litio, sensori e fotocatalizzatori.
Può inoltre essere utilizzato come ritardante di fiamma e inibitore del fumo nell’industria della plastica perché presenta i vantaggi di resistenza alle alte temperature, atossicità, sicurezza e facilità d’uso.
Può essere usato quale agente antimicrobico. Pertanto, l’applicazione dello stannato di zinco sui tessuti può costituire un approccio davvero innovativo in grado di conferire un ampio spettro di funzioni come resistenza ai raggi UV, comportamento antibatterico e ignifugo ai substrati tessili.
Poiché la conduttività elettrica dello stannato di zinco è sensibile ai cambiamenti della quantità di ossigeno e dell’atmosfera ambientale, è in grado di rilevare i gas quali monossido di carbonio, idrogeno, composti organici volatili e ossidi dell’azoto.