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鋅花

生活科學趣談

燈桿上面看起來像是多晶矽外觀的是「鋅花」,在早期的鍍鋅桶或鍍鋅鐵板上常見這種美麗的花紋,產生的機制是熱浸鍍鋅(hot-dip galvanizing)的鋅浴中含有鉛

塗層完全固化後的每片小花瓣代表一個鋅晶

由於鉛的存在會降低鋅的固體/液體之間的表面能,這將不利於鋅的微小晶粒之形成,而且當附著在鋼鐵表面的液態鋅冷卻時,鋅原子得藉助這些微小的結晶核才能有序的堆疊而開始長晶。有些文章提到「鋅浴中的鉛提供當作結晶核的角色」說得不夠精準(註:鉛的熔點327 °C低於鋅的熔點419°C,在鋅層始凝固時鉛都還是液體,應無法提供當作固體結晶核),真正的機制是鉛能抑鋅的成核作用,因此有效地增加相鄰結晶核之間的距離,以至於能長出更大面積的單一晶體。鋅浴中會含有鉛,則是因為鉛存在於在大多數含鋅的礦脈中(ex.閃鋅礦常與方鉛礦共生在熱液礦床),因此提煉過程中鉛或多或少就會成為進入其中的雜質。在早期判斷鐵器是否鍍鋅,就是從外觀上有無鋅花來確定。由於鉛對環境與健康的危害越來越受到關注,因此鍍鋅鐵片現在已很少有這種花紋了,因為現今熱浸鍍鋅池中之的鋅是非常純的,所以液態鋅被冷卻時結晶核就很容易產生,結晶核之間的距離太近,鋅花就幾乎肉眼不可見了(註:單一晶體直徑僅約0.5mm)。

根據USGS資料,鋅的全球年產量超過一千萬公噸,大部分用於鍍鋅(其次是黃銅),鍍鋅的部分則有約90%使用於熱浸鍍鋅。鍍鋅能夠隔絕氧氣和水以達到防止鐵器生鏽的目的,縱使有鍍鋅層部分剝落,由於鋅的活性比鐵大,因此剩餘的鋅層仍可藉由犧牲性保護來避免外露的鐵生鏽。

延伸閱讀

淺談陰極防蝕

  • 藍翔

    終於解了我一個從小到大看到鍍鋅鐵板為何會有這樣花紋的疑惑了~後來接觸到太陽能電池相關研究就覺得這很像多晶矽花紋XD
    ,說不定之後金屬基板可直接用類似這種方法”鍍”矽液、來製造多晶太陽能電池,但是想到矽熔點為1200度…可能沒有啥金屬受的了、哈哈

  • 就如同銲錫或是Hall–Héroult process電解氧化鋁和冰晶石的模式,藉此能降低共晶系統的熔點,說不定多晶矽也能採用此機制^^

  • 鄭舜丞

    不知道和一些陶瓷上的結晶釉是否有異曲同工之妙?
    因為燒出來會結晶的釉,通常也都含有鋅的成分,通常也會混一些鋯進去。

  • 好問題!不過結晶釉的晶花不是金屬鋅而是矽酸鋅 2ZnO·SiO2(Zn2[SiO4]),在均相成核時,其晶花尺寸主要是隨著析晶溫度與析晶保溫時間而改變,定位晶種多採用ZnO
    http://www.airitilibrary.com/Publication/alDetailedMesh?docid=rgjtxb98201206040
    至於加入鋯,應該是提供當作色料,比如土耳其藍(釩鋯藍)、鋯鐵紅、鋯鐠黃還有鋯英石型的土耳其藍(釩鋯藍)、鋯鐵紅、鋯鐠黃,或是當作把高溫不穩定的鎘硒紅色料包裹在矽酸鋯晶體內的包裹材料。