Křemen vs. tavený oxid křemičitý: jaké jsou rozdíly?

seznam termínů používaných k popisu různých materiálů na bázi oxidu křemičitého je matoucí, dlouhý a často nepochopený; tyto termíny zahrnují tavený oxid křemičitý, oxid křemičitý, křemenné sklo, tavený křemen a kvarty.

Image Credit: Mo-Sci Corp.

tento článek prozkoumá jedinečné vlastnosti taveného oxidu křemičitého a křemene, stejně jako několik souvisejících materiálů, které objasní zmatek kolem těchto pojmů.

křemen vs. oxid křemičitý

jednou z nejdůležitějších věcí, které je třeba vědět o taveném křemíku a křemenu, je to, že oba sestávají především z oxidu křemičitého, známého také jako oxid křemičitý. Oxid křemičitý je primární složkou většiny typů skla a má chemický vzorec SiO2.

minerální křemen je hlavní forma, ve které se oxid křemičitý nachází v přírodě; minerální křemen tvoří znatelnou část zemské kůry a je tvrdým, průhledným krystalickým materiálem. Kromě oxidu křemičitého obsahuje křemen také přirozeně se vyskytující nečistoty v různých poměrech, které jsou závislé na jeho geologickém původu.

„oxid křemičitý“ označuje specifickou chemickou sloučeninu, oxid křemičitý, s chemickým vzorcem SiO2. Mezitím, křemen je přirozeně se vyskytující krystalický minerál, který se primárně skládá z oxidu křemičitého, ale obsahuje některé nečistoty.

krystalické a amorfní pevné látky

abychom pochopili rozdíly mezi různými materiály na bázi oxidu křemičitého, je třeba nejprve pochopit základní rozdíly mezi amorfními pevnými látkami a krystalickými pevnými látkami.

způsob, jakým jsou atomy uspořádány uvnitř pevných látek, je způsob, jak definovat rozdíl. Atomy, které tvoří, jsou uspořádány v pravidelných, opakujících se vzorcích známých jako krystalové mřížky v krystalické pevné látce. Jedním z příkladů krystalického materiálu na bázi oxidu křemičitého je křemen: atomy kyslíku a křemíku jsou uspořádány v dobře definované uspořádané struktuře.

atomy v amorfní pevné látce však nemají pořadí dlouhého dosahu. V amorfní pevné látce se zdánlivě náhodné uspořádání molekul podobá uspořádání kapaliny, kromě toho, že se nepohybují a jsou místo toho fixovány na místě.

amorfní pevné látky tvoří většinu materiálů, které považujeme za „sklo“. Termín „sklovitý“ lze skutečně použít k popisu jakéhokoli materiálu s amorfní atomovou strukturou.

vlastnosti materiálu mohou být hluboce ovlivněny na základě toho, zda jsou jeho atomy orientovány náhodně nebo jsou uspořádány řádným způsobem. Efekt skelného přechodu vykazovaný amorfními pevnými látkami je jedním z nejvýraznějších příkladů.

kromě oblasti oxidu křemičitého nebo jiných materiálů na bázi oxidu jsou neuspořádané“ skelné “ kovy často vybírány pro použití kvůli jejich neobvyklým mechanickým vlastnostem ve srovnání s jinými konvenčními kovy.

křemen a další materiály na bázi oxidu křemičitého lze charakterizovat jak z hlediska toho, zda jsou amorfní nebo krystalické, tak i podle jejich chemického složení.

definování materiálů na bázi oxidu křemičitého

Nyní, když byly stanoveny základy, bude tento článek zkoumat rozdíly mezi taveným oxidem křemičitým, křemenem a jinými materiály na bázi oxidu křemičitého.

křemen

křemen, jak je uvedeno výše, je hlavní formou oxidu křemičitého, který se přirozeně vyskytuje. Křemen je krystalická pevná látka, což znamená, že má velmi odlišné vlastnosti od skla, zatímco se stále podobá sklu jak z hlediska chemického složení, tak z hlediska vzhledu.

existují omezené průmyslové aplikace křemene(což znamená krystalický minerál). Křemenné krystalové oscilátory se však nacházejí v elektronických systémech, nejčastěji v náramkových hodinkách.

průmyslové křemenné aplikace někdy používají vyrobený „syntetický křemen“. Tento materiál by možná byl přesněji popsán jako krystalický oxid křemičitý, ale často se jednoduše nazývá “ křemen.“

tavený oxid křemičitý a tavený křemen

slovo „tavený“ zde 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 neobsahuje žádné přísady a přitom se v mnoha ohledech podobá jiným sklům. Tavený oxid křemičitý, jako speciální materiál, má několik vysoce výkonných aplikací.

tam je často zaměnitelné použití termínů „tavený křemen“ a „tavený křemen“. Nicméně,“ tavený křemen “ konkrétněji odkazuje na amorfní pevnou látku vytvořenou tavením přirozeně se vyskytujícího křemene. To znamená, že zatímco tavený oxid křemičitý je zdánlivě čistý SiO2, tavený křemen obsahuje nečistoty závislé na tom, jaký křemen byl použit.

křemenné sklo a křemenné sklo

oba termíny jsou často používány obecnějšími způsoby a jsou obvykle považovány za zaměnitelné. Tyto termíny by se mohly vztahovat buď na tavený křemen, nebo na tavený oxid křemičitý.

aplikace taveného oxidu křemičitého

amorfní struktura taveného oxidu křemičitého mu dává několik vysoce žádoucích a odlišných elektrických, mechanických a tepelných vlastností, přičemž je stále chemicky podobný křemenu.

je běžné, že skla obsahují přísady, jako jsou alkalické zeminy, alkálie nebo jiné oxidy, ke zlepšení fyzikálních a chemických vlastností a ke snížení teploty zpracování skla (tavení); tavený oxid křemičitý je však velmi čistý. To má za následek vyšší pracovní teploty a zároveň nabízí odlišné vlastnosti od ostatních brýlí.

tavený oxid křemičitý se při zahřátí nebo ochlazení příliš neroztahuje ani nesnižuje, protože má velmi nízký koeficient tepelné roztažnosti. To znamená, že tavený oxid křemičitý vydrží velmi rychlé zahřívání nebo chlazení bez praskání a je vysoce odolný vůči tepelnému šoku.

díky tepelným vlastnostem taveného oxidu křemičitého je vysoce cenný pro vysokoteplotní průmyslové komponenty, jako je výroba skla, lodě pro výrobu oceli, podnosy a kelímky.

existuje velmi široké spektrum světla, ve kterém je tavený oxid křemičitý průhledný a rozšiřuje se mezi daleko infračerveným až hlubokým ultrafialovým zářením. Díky tomu je tavená klíčová součást v řadě čoček, zrcadel a jiné optiky vysílající UV nebo IR, jakož i v optických vláknech.

tavený oxid křemičitý je odolný vůči většině kyselin (kromě kyseliny fluorovodíkové) a je také extrémně chemicky inertní. Být chemicky inertní propůjčuje kondenzovaný oxid křemičitý biomedicínským aplikacím, často ve formě porézního oxidu křemičitého.

kombinace pevnosti, průhlednosti a tepelné stability činí z taveného oxidu křemičitého silného kandidáta pro vývoj nových aplikací, včetně leptaných mikrovlnných obvodů, fotolitografických substrátů a jako ochranné vrstvy v polovodičových zařízeních.

1. sklovitý kov nastavený na 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. & aplikace Yaacob, M. H. 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).

tyto informace byly získány, přezkoumány a upraveny z materiálů poskytnutých Mo-Sci Corp.

další informace o tomto zdroji naleznete na adrese Mo-Sci Corp.

citace