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石英、石英ガラス、石英ガラス、シリカ、石英石英…様々なシリカ系材料を記述するために使用される用語のリストは、長く混乱し、しばしば誤解されています。 この記事では、石英と石英ガラス（およびいくつかの関連材料）のユニークな特性を詳しく見て、これらの用語を取り巻く混乱を解消します。
シリカ
石英と石英ガラスについて最初に知っておくべき重要なことは、両方が主に同じ成分で構成されていることです：シリカ、別名二酸化ケイ素。 無水ケイ酸に化学式Sio2があり、ほとんどのタイプのガラスの第一次構成要素です。 シリカが自然界に存在する主な形態は、地殻のかなりの部分を構成する硬質で透明な結晶質の材料である鉱物石英です。 石英は主にシリカで構成されていますが、その地質学的起源に応じて様々な割合で天然に存在する不純物も含まれています。
だから、シリカは化学式Sio2を持つ特定の化合物、二酸化ケイ素です。 一方、石英は、主にシリカからなるが、いくつかの不純物が含まれている天然に存在する結晶性鉱物である。
結晶性固体と非晶質固体
異なるシリカ系材料の違いを完全に理解するために、まず結晶性固体と非晶質固体の基本的な違いを見直す必要があ
この違いは、原子が固体の内部にどのように配置されているかに帰着します。 結晶性固体では、構成原子は、結晶格子として知られている規則的な、繰り返しパターンに配置されています。 石英は結晶性シリカ系材料の一例であり、ケイ素原子と酸素原子は明確に定義された秩序構造に配置されています。
しかし、非晶質固体では、原子は長距離秩序を持たない。 非晶質固体中の分子の一見ランダムな配置は、それらが所定の位置に固定されており、動き回らないことを除いて、液体のそれに似ています。 私たちが”ガラス”と考えるほとんどの材料は、アモルファス固体です: 実際には、非晶質原子構造を持つ任意の材料は、”ガラス状”として記述することができます。
原子が整然と配置されているか、ランダムに配置されているかは、材料の特性に大きく影響します。 最も顕著な例の一つは、非晶質固体によって示されるガラス転移効果である。 シリカや他の酸化物系材料の世界の外では、無秩序な”ガラス状”金属は、従来の金属と比較して、その異常な機械的特性のためにしばしば使用されます。1
石英のようなシリカ系材料は、それらの化学組成および結晶性または非晶質の両方の観点から特性化することができる。
シリカ系材料の定義
いくつかの重要な基礎を見直したので、石英、溶融シリカ、およびその他のシリカ系材料の違いを定義することができます。
石英
先に述べたように、石英は自然界でシリカが発生する主な形態です。 石英は結晶性固体である; だから、それはその外観とその化学構造の両方の面でガラスに似ていることができますが、それはガラスとは非常に明確な特性を持っています。
石英（すなわち結晶性鉱物）の工業用途は限られているが、腕時計に最もよく知られている電子システムの水晶振動子を含む。
紛らわしいことに、”合成石英”は工業用石英用途に製造することができます。 これはおそらく結晶性シリカと呼ばれる方が良いでしょうが、単に「石英」と呼ばれることがよくあります。”
溶融シリカおよび溶融石英
ここで、”溶融”という言葉は、処理ステップを指します。 石英ガラスは多くの点で他のガラスに似ていますが、添加物は含まれていません。 石英ガラスはいくつかの高性能適用の専門材料である。
用語”石英ガラス”と”石英ガラス”は、多くの場合、交換可能に使用されます。 より正確には、「石英ガラス」は、天然に存在する石英を溶融することによって形成される非晶質固体を指す。 従って、石英ガラスは表面上純粋なSio2であるが、石英ガラスは使用された水晶によって不純物を含んでいる。
シリカガラスと石英ガラス
これらの用語は、通常、より一般的な意味で使用され、通常は交換可能とみなすことができます。 これらの用語の両方は、石英ガラスまたは石英ガラスのいずれかを指すことができる。
石英ガラスの用途
石英ガラスは化学的に石英に似ていますが、その非晶質構造は、熱的、機械的、電気的特性が非常に望ましい多くの明確な特性を
ガラスには、ガラス加工（溶融）温度を下げ、化学的および物理的性質を改善するために、アルカリ、アルカリ土類、または他の酸化物などの添加剤が その結果、それはより高い働く温度を有するが、他のガラスからの異なった特徴を提供する。
溶融シリカは熱膨張係数が非常に低く、加熱または冷却したときに膨張または収縮しないことを意味します。 その結果、石英ガラスは熱衝撃に対して非常に抵抗力があり、割れることなく非常に急速な加熱または冷却に耐えることができます。 石英ガラスの熱特性は、製鋼やガラス製造のためのるつぼ、トレイ、ボートなどの高温の産業部品に非常に価値があります。2
石英ガラスは非常に広いスペクトルの光に対して透明であり、深紫外から遠赤外線まで広がっています。 これはそれに光ファイバーの、またレンズ、ミラーおよび他の紫外線またはIR送信の光学の範囲の主要部分をする。3,4
石英ガラスはまた、非常に化学的に不活性であり、ほとんどの酸に対して耐性があります（フッ化水素酸を除く）。 この化学inertnessは頻繁に多孔性の無水ケイ酸の形態を取る生物医学的な適用に石英ガラスを、貸します。
熱安定性、透明性、強度の組み合わせにより、溶融シリカは、フォトリソグラフィ基板、エッチングされたマイクロ波回路、半導体デバイスの保護層
Mo-Sciからの注文のガラス解決
Mo-Sciは技術的な適用のための高性能ガラスの範囲を開発し、製造します。 私達の石英ガラスおよび多孔性の無水ケイ酸プロダクトについての詳細を調べるか、または注文のガラス適用を論議するためには、私達のチームのメ
参考文献とさらなる読書
- ガラス状の金属は、鋼に匹敵するように設定:自然のニュース. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
- Vert、T.製鋼のための耐火材料の選択。 （John Wiley&Sons、2016）。
- Khalaf,A.L.,Shabaneh,A.A.A.&Yaacob,M.H. 光化学センサーにおけるカーボンナノチューブとグラフェン酸化物の応用。 炭素ナノ材料の合成、技術および応用223-246（Elsevier、2019）。 ドイ：10.1016/B978-0-12-815757-2.00010-3.
- Wang,S.,Zhou,C.,Zhang,Y.&Ru,H.波長1550nmで高効率の高密度溶融シリカ透過格子を深くエッチングした。 Appl. オプト 45, 2567 (2006).
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