Blog Mo-Sci

cuarț, cuarț topit, sticlă de cuarț, silice, silice topită… lista termenilor folosiți pentru a descrie diverse materiale pe bază de silice este lungă, confuză și adesea neînțeleasă. În acest articol, aruncăm o privire atentă asupra proprietăților unice ale cuarțului și silicei topite (și a câtorva materiale conexe) și clarificăm confuzia din jurul acestor Termeni.

cuarț vs. Silice

primul lucru important de știut despre cuarț și silice topită este că ambele constau în principal din același ingredient: silice, cunoscută și sub numele de dioxid de siliciu. Silica are formula chimică SiO2 și este constituentul principal al majorității tipurilor de sticlă. Principala formă în care silica se găsește în natură este cuarțul mineral: un material cristalin dur, transparent, care alcătuiește o fracțiune apreciabilă din scoarța terestră. În timp ce cuarțul constă în principal din silice, conține, de asemenea, impurități naturale în diferite proporții, în funcție de originea sa geologică.

deci, silica este un compus chimic specific, dioxid de siliciu, cu formula chimică SiO2. Pe de altă parte, cuarțul este un mineral cristalin natural, care constă în principal din silice, dar conține unele impurități.

solide cristaline și amorfe

pentru a înțelege pe deplin diferențele dintre diferitele materiale pe bază de silice, trebuie mai întâi să revizuim diferențele fundamentale dintre solidele cristaline și solidele amorfe.

distincția se referă la modul în care atomii sunt aranjați în interiorul solidelor. Într-un solid cristalin, atomii constituenți sunt aranjați în modele regulate, repetate, cunoscute sub numele de rețele de cristal. Cuarțul este un exemplu de material pe bază de silice cristalină: atomii de siliciu și oxigen sunt aranjați într-o structură ordonată bine definită.

cu toate acestea, într-un solid amorf, atomii nu au o ordine pe distanțe lungi. Aranjamentul aparent aleatoriu al moleculelor într-un solid amorf seamănă cu cel al unui lichid, cu excepția faptului că acestea sunt fixate pe loc și nu se mișcă. Majoritatea materialelor la care ne gândim ca “sticlă” sunt solide amorfe: de fapt, orice material cu o structură atomică amorfă poate fi descris ca “sticlos”.

dacă atomii sunt aranjați într-o manieră ordonată sau orientați aleatoriu poate influența profund caracteristicile unui material. Unul dintre cele mai izbitoare exemple este efectul de tranziție a sticlei expus de solidele amorfe. În afara lumii silice sau a altor materiale pe bază de oxid, metalele “sticloase” dezordonate sunt adesea folosite pentru caracteristicile lor mecanice neobișnuite în comparație cu metalele convenționale.1

materialele pe bază de silice-cum ar fi cuarțul – pot fi caracterizate atât în ceea ce privește compoziția lor chimică, cât și dacă sunt cristaline sau amorfe.

definirea materialelor pe bază de silice

acum, că am revizuit câteva elemente fundamentale importante, putem defini diferențele dintre cuarț, silice topită și alte materiale pe bază de silice.

cuarț

după cum sa menționat anterior, cuarțul este principala formă în care silica apare în natură. Cuarțul este un solid cristalin; deci, deși poate semăna cu sticla atât în ceea ce privește aspectul său, cât și machiajul său chimic, are proprietăți foarte distincte de sticlă.

aplicațiile industriale ale cuarțului (adică mineralul cristalin) sunt limitate, dar includ oscilatoarele de cristal de cuarț în sistemele electronice – cel mai familiar în ceasurile de mână.

poate confuz, “cuarț sintetic” poate fi fabricat pentru aplicații industriale de cuarț. Acest lucru ar putea fi mai bine denumit silice cristalină, dar este adesea denumit pur și simplu “cuarț.”

silice topită și cuarț topit

aici, cuvântul” topit ” se referă la o etapă de procesare: silica topită este nominal silice pură care a fost topită și răcită pentru a forma un solid sticlos, amorf. Silica topită seamănă cu alte pahare în multe feluri; dar nu conține aditivi. Silica topită este un material de specialitate cu o serie de aplicații de înaltă performanță.

termenii “silice topită” și “cuarț topit” sunt adesea folosiți interschimbabil. Mai precis, “cuarțul fuzionat” se referă la un solid amorf format prin topirea cuarțului natural. Deci, în timp ce silica topită este aparent pură SiO2, cuarțul topit conține impurități în funcție de cuarțul care a fost utilizat.

sticlă de silice și sticlă de cuarț

acești termeni sunt de obicei utilizați într-un sens mai generic și pot fi de obicei considerați interschimbabili. Ambii termeni s-ar putea referi fie la silice topită, fie la cuarț topit.

aplicații de silice topită

în timp ce silica topită este similară din punct de vedere chimic cu cuarțul, structura sa amorfă îi conferă o serie de proprietăți termice, mecanice și electrice distincte și foarte dorite.

paharele conțin în mod obișnuit aditivi precum alcalini, alcalino – pământoși sau alți oxizi pentru a reduce temperatura de procesare (topire) a sticlei și pentru a îmbunătăți proprietățile chimice și fizice-dar silica topită este foarte pură. În consecință, are temperaturi de lucru mai ridicate, dar oferă caracteristici diferite față de alte ochelari.

silica topită are un coeficient de dilatare termică foarte scăzut, ceea ce înseamnă că nu se extinde sau se contractă mult atunci când este încălzită sau răcită. Ca urmare, silica topită este foarte rezistentă la șoc termic și poate rezista la încălzire sau răcire foarte rapidă fără crăpare. Caracteristicile termice ale siliciului topit îl fac extrem de valoros pentru componentele industriale la temperaturi ridicate, cum ar fi creuzetele, tăvile și bărcile pentru fabricarea oțelului și fabricarea sticlei.2

silica topită este transparentă pentru un spectru foarte larg de lumină, care se extinde de la ultraviolete profunde la infraroșu îndepărtat. Acest lucru îl face o componentă cheie în fibrele optice, precum și într – o gamă de lentile, oglinzi și alte optice de transmisie UV sau IR.3,4

silica topită este, de asemenea, extrem de inertă din punct de vedere chimic și rezistentă la majoritatea acizilor (cu excepția notabilă a acidului fluorhidric). Această inerție chimică conferă silice topită aplicațiilor biomedicale, luând adesea forma silice poroasă.

combinația de stabilitate termică, transparență și rezistență face ca silica topită să fie un candidat puternic pentru aplicații noi și în curs de dezvoltare, cum ar fi substraturile fotolitografice, circuitele cu microunde gravate și ca strat protector în dispozitivele semiconductoare.

soluții de sticlă personalizate de la Mo-Sci

Mo-Sci dezvoltă și produce o gamă de ochelari de înaltă performanță pentru aplicații tehnice. Pentru a afla mai multe despre produsele noastre de silice topită și silice poroasă sau pentru a discuta despre o aplicație personalizată de sticlă, luați legătura cu un membru al echipei noastre astăzi.

referințe și lecturi suplimentare

1. metal sticlos setat la rival steel : Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. selecția materialelor refractare pentru fabricarea oțelului. (John Wiley & Fii, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. A. & Yaacob, M. H. Nanotuburi de Carbon și aplicații de oxid de grafen în senzori Optochimici. în sinteza, Tehnologia și aplicațiile nanomaterialelor de Carbon 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang, Y. & Ru, H. grilaje de transmisie cu silice topită de înaltă densitate, cu eficiență ridicată, la o lungime de undă de 1550 nm. Appl. Opt. 45, 2567 (2006).