Mo-Sci Blog

křemen, tavený křemen, křemenné sklo, oxid křemičitý, tavený oxid křemičitý … seznam termínů používaných k popisu různých materiálů na bázi oxidu křemičitého je dlouhý, matoucí a často nepochopený. V tomto článku se podrobně podíváme na jedinečné vlastnosti křemene a taveného oxidu křemičitého (a několik souvisejících materiálů) a vyjasníme zmatek kolem těchto pojmů.

Quartz vs. Oxid křemičitý

první důležitá věc, kterou je třeba vědět o křemenu a taveném oxidu křemičitém, je to, že oba sestávají především ze stejné složky: oxid křemičitý, také známý jako oxid křemičitý. Oxid křemičitý má chemický vzorec SiO2 a je primární složkou většiny typů skla. Hlavní formou, ve které se oxid křemičitý nachází v přírodě, je minerální křemen: tvrdý, průhledný krystalický materiál, který tvoří znatelnou část zemské kůry. Zatímco křemen primárně sestává z oxidu křemičitého, obsahuje také přirozeně se vyskytující nečistoty v různých poměrech v závislosti na jeho geologickém původu.

oxid křemičitý je specifická chemická sloučenina, oxid křemičitý, s chemickým vzorcem SiO2. Na druhé straně je křemen přirozeně se vyskytující krystalický minerál, který sestává převážně z oxidu křemičitého, ale obsahuje některé nečistoty.

krystalické a amorfní pevné látky

abychom plně porozuměli rozdílům mezi různými materiály na bázi oxidu křemičitého, musíme nejprve přezkoumat základní rozdíly mezi krystalickými pevnými látkami a amorfními pevnými látkami.

rozdíl spočívá v tom, jak jsou atomy uspořádány uvnitř pevných látek. V krystalické pevné látce jsou atomy složek uspořádány v pravidelných, opakujících se vzorcích známých jako krystalové mřížky. Křemen je příkladem krystalického materiálu na bázi oxidu křemičitého: atomy křemíku a kyslíku jsou uspořádány v dobře definované uspořádané struktuře.

v amorfní pevné látce však atomy nemají žádné pořadí dlouhého dosahu. Zdánlivě náhodné uspořádání molekul v amorfní pevné látce se podobá uspořádání kapaliny, kromě toho, že jsou fixovány na místě a nepohybují se. Většina materiálů, které považujeme za “sklo”, jsou amorfní pevné látky: ve skutečnosti může být jakýkoli materiál s amorfní atomovou strukturou popsán jako “skelný”.

to, zda jsou atomy uspořádány uspořádaně nebo náhodně orientovány, může hluboce ovlivnit vlastnosti materiálu. Jedním z nejvýraznějších příkladů je efekt skelného přechodu vykazovaný amorfními pevnými látkami. Mimo svět oxidu křemičitého nebo jiných materiálů na bázi oxidu se neuspořádané” skelné ” kovy často používají pro své neobvyklé mechanické vlastnosti ve srovnání s konvenčními kovy.1

materiály na bázi oxidu křemičitého – jako křemen-lze charakterizovat jak z hlediska jejich chemického složení, tak z hlediska toho, zda jsou krystalické nebo amorfní.

definování materiálů na bázi oxidu křemičitého

Nyní, když jsme přezkoumali některé důležité základy, můžeme definovat rozdíly mezi křemenem, taveným oxidem křemičitým a jinými materiály na bázi oxidu křemičitého.

křemen

jak již bylo zmíněno, křemen je hlavní forma, ve které se oxid křemičitý vyskytuje v přírodě. Křemen je krystalická pevná látka; tak, zatímco to může připomínat sklo jak z hlediska jeho vzhledu, tak jeho chemického složení, má velmi odlišné vlastnosti od skla.

průmyslové aplikace křemene (tj. krystalického minerálu) jsou omezené, ale zahrnují oscilátory křemenných krystalů v elektronických systémech – nejznámější v náramkových hodinkách.

možná je matoucí ,že “syntetický křemen” může být vyroben pro průmyslové křemenné aplikace. To by snad bylo lépe označováno jako krystalický oxid křemičitý, ale často se označuje jednoduše jako ” křemen.”

tavený oxid křemičitý a tavený křemen

zde slovo “tavený” označuje krok zpracování: tavený oxid křemičitý je nominálně čistý oxid křemičitý, který byl roztaven a ochlazen za vzniku sklovité amorfní pevné látky. Tavený oxid křemičitý se v mnoha ohledech podobá jiným sklům; ale neobsahuje žádné přísady. Tavený oxid křemičitý je speciální materiál s řadou vysoce výkonných aplikací.

termíny “tavený oxid křemičitý” a “tavený křemen” se často používají zaměnitelně. Přesněji řečeno,” tavený křemen ” označuje amorfní pevnou látku vytvořenou tavením přirozeně se vyskytujícího křemene. Tak, zatímco tavený oxid křemičitý je zdánlivě čistý SiO2, tavený křemen obsahuje nečistoty v závislosti na křemenu, který byl použit.

křemenné sklo a křemenné sklo

tyto termíny se obvykle používají v obecnějším smyslu a lze je obvykle považovat za zaměnitelné. Oba tyto termíny by se mohly vztahovat buď na tavený oxid křemičitý, nebo na tavený křemen.

aplikace taveného oxidu křemičitého

zatímco tavený oxid křemičitý je chemicky podobný křemenu, jeho amorfní struktura mu dává řadu odlišných a vysoce žádoucích tepelných, mechanických a elektrických vlastností.

brýle obvykle obsahují přísady, jako jsou alkálie, alkalické zeminy nebo jiné oxidy, které snižují teplotu zpracování (tavení) skla a zlepšují chemické a fyzikální vlastnosti – ale tavený oxid křemičitý je velmi čistý – V důsledku toho má vyšší pracovní teploty, ale nabízí odlišné vlastnosti než ostatní brýle.

tavený oxid křemičitý má velmi nízký koeficient tepelné roztažnosti, což znamená, že při zahřátí nebo ochlazení se příliš nerozšiřuje ani nesnižuje. Výsledkem je, že tavený oxid křemičitý je vysoce odolný vůči tepelnému šoku a vydrží velmi rychlé zahřívání nebo chlazení bez praskání. Díky tepelným vlastnostem taveného oxidu křemičitého je vysoce cenný pro vysokoteplotní průmyslové komponenty, jako jsou kelímky, podnosy a čluny pro výrobu oceli a výrobu skla.2

tavený oxid křemičitý je průhledný pro velmi široké spektrum světla, sahající od hlubokého ultrafialového až po daleko infračervené. To z něj činí klíčovou součást optických vláken, stejně jako v řadě čoček, zrcadel a další optiky vysílající UV nebo IR.3,4

tavený oxid křemičitý je také extrémně chemicky inertní a odolný vůči většině kyselin (s výraznou výjimkou kyseliny fluorovodíkové). Tato chemická inertnost propůjčuje kondenzovaný oxid křemičitý biomedicínským aplikacím, často ve formě porézního oxidu křemičitého.

kombinace tepelné stability, průhlednosti a pevnosti činí z taveného oxidu křemičitého silného kandidáta pro nové a rozvíjející se aplikace, jako jsou fotolitografické substráty, leptané mikrovlnné obvody a jako ochranná vrstva v polovodičových zařízeních.

vlastní řešení skla od Mo-Sci

Mo-Sci vyvíjí a vyrábí řadu vysoce výkonných brýlí pro technické aplikace. Chcete-li se dozvědět více o našich výrobcích z taveného oxidu křemičitého a porézního oxidu křemičitého, nebo diskutovat o vlastní aplikaci skla, spojte se s členem našeho týmu ještě dnes.

reference a další čtení

1. sklovitý kov set rival steel: Nature News . https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. výběr žáruvzdorného materiálu pro výrobu oceli. (John Wiley & Synové, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. & Yaacob, M. H. Aplikace uhlíkových nanotrubic a oxidů grafenu v Optochemických senzorech. v syntéze, technologii a aplikacích uhlíkových nanomateriálů 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang, y. & Ru, h. hluboce leptané přenosové rošty s vysokou hustotou taveného oxidu křemičitého s vysokou účinností při vlnové délce 1550 nm. Appl. Rozhodnout. 45, 2567 (2006).