Kvartsi vs. kvartsi kvartsi: mitkä ovat erot?

luettelo termeistä, joita käytetään kuvaamaan erilaisia piidioksidipohjaisia materiaaleja, on sekava, pitkä ja usein väärin ymmärretty; näitä termejä ovat sulatettu piidioksidi, piidioksidi, kvartsilasi, sulatettu kvartsi ja kvartsi.

Image Credit: Mo-Sci Corp.

tässä artikkelissa tarkastellaan sulatetun piidioksidin ja kvartsin ainutlaatuisia ominaisuuksia sekä muutamia niihin liittyviä materiaaleja, jotka selvittävät näihin termeihin liittyvää sekaannusta.

kvartsi vs. piidioksidi

yksi tärkeimmistä kvartsia ja kvartsia koskevista asioista on se, että molemmat koostuvat pääasiassa piidioksidista, joka tunnetaan myös piidioksidina. Piidioksidi on useimpien lasityyppien ensisijainen ainesosa ja sen kemiallinen kaava on SiO2.

Mineraalikvartsi on luonnossa esiintyvän piidioksidin päämuoto; mineraalikvartsi muodostaa merkittävän osan maankuoresta ja on kovaa, läpinäkyvää kiteistä ainetta. Piidioksidin lisäksi kvartsi sisältää myös luonnossa esiintyviä epäpuhtauksia eri suhteissa, jotka ovat riippuvaisia sen geologisesta alkuperästä.

”piidioksidi” viittaa erityiseen kemialliseen yhdisteeseen, piidioksidiin, jonka kemiallinen kaava on SiO2. Samaan aikaan kvartsi on luonnossa esiintyvä kiteinen mineraali, joka koostuu pääasiassa piidioksidista, mutta sisältää joitakin epäpuhtauksia.

kiteiset ja amorfiset kiinteät aineet

jotta voidaan ymmärtää eri piidioksidipohjaisten materiaalien väliset erot, on ensin ymmärrettävä amorfisten ja kiteisten kiintoaineiden perustavanlaatuiset erot.

erotus määritellään siten, että atomit ovat järjestyneet kiinteiden aineiden sisään. Atomit ovat järjestäytyneet säännöllisiksi, toistuviksi kuvioiksi, jotka tunnetaan kideraasteina kiteisessä kiinteässä aineessa. Yksi esimerkki kiteisestä piidioksidipohjaisesta materiaalista on kvartsi: happi-ja piiatomit ovat järjestäytyneet hyvin määriteltyyn järjestysrakenteeseen.

amorfisen kiinteän aineen atomeilla ei kuitenkaan ole pitkän kantaman järjestystä. Amorfisessa kiinteässä aineessa molekyylien näennäisen sattumanvarainen järjestely muistuttaa nesteen molekyylejä, paitsi että ne eivät liiku ympäriinsä vaan ovat sen sijaan paikoillaan.

amorfiset kiinteät aineet muodostavat suurimman osan materiaaleista, joita pidämme ”lasina”. Termiä ”lasimainen” voidaankin käyttää kuvaamaan mitä tahansa ainetta, jolla on amorfinen atomirakenne.

materiaalin ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa syvällisesti sen perusteella, ovatko sen atomit suuntautuneet satunnaisesti vai järjestyneet järjestyneesti. Amorfisten kiintoaineiden aiheuttama lasinsiirtovaikutus on yksi silmiinpistävimmistä esimerkeistä tästä.

piidioksidipohjaisten tai muiden oksidipohjaisten materiaalien ulkopuolella käytetään usein epäyhtenäisiä ”lasimaisia” metalleja niiden epätavallisten mekaanisten ominaisuuksien vuoksi verrattuna muihin tavanomaisiin metalleihin.

kvartsia ja muita piidioksidipohjaisia materiaaleja voidaan luonnehtia sekä sen perusteella, ovatko ne amorfisia vai kiteisiä, että kemiallisen koostumuksensa perusteella.

Piidioksidipohjaisten materiaalien määrittely

nyt kun perustekijät on vahvistettu, tässä asiakirjassa tarkastellaan eroja kvartsilasien, kvartsilasien ja muiden piidioksidipohjaisten materiaalien välillä.

kvartsi

kvartsi, kuten edellä mainittiin, on luonnossa esiintyvän piidioksidin päämuoto. Kvartsi on kiteinen kiinteä aine, mikä tarkoittaa, että sillä on hyvin erilliset ominaisuudet lasista, kun se edelleen muistuttaa lasia sekä kemialliselta koostumukseltaan että ulkonäöltään.

kvartsille (eli kiteiselle mineraalille) on vain vähän teollisia käyttökohteita. Kvartsikideoskillaattoreita löytyy kuitenkin elektronisista järjestelmistä, tuttavallisimmin rannekelloista.

teollisissa kvartsisovelluksissa käytetään joskus valmistettua ”synteettistä kvartsia”. Tämä materiaali voitaisiin ehkä tarkemmin kuvata kiteistä piidioksidia, mutta sitä kutsutaan usein yksinkertaisesti ” kvartsiksi.”

sulatettu piidioksidi ja sulatettu kvartsi

sana ”sulatettu” viittaa tässä käsittelyvaiheeseen: sulatettu piidioksidi on nimellisesti puhdasta piidioksidia, joka on sulatettu ja jäähdytetty lasimaiseksi, amorfiseksi kiinteäksi aineeksi.

sulatettu piidioksidi ei sisällä lisäaineita muistuttaen silti monin tavoin muita laseja. Erikoismateriaalina sulatetulla piidioksidilla on useita korkean suorituskyvyn sovelluksia.

termejä ”sulatettu kvartsi” ja ”sulatettu piidioksidi”käytetään usein keskenään. ”Sulatetulla kvartsilla” tarkoitetaan kuitenkin tarkemmin amorfista kiinteää ainetta, joka on muodostunut sulattamalla luonnossa esiintyvää kvartsia. Tämä tarkoittaa, että vaikka sulatettu piidioksidi on näennäisesti puhdasta SiO2: ta, sulatettu kvartsi sisältää epäpuhtauksia, jotka riippuvat siitä, mitä kvartsia käytettiin.

Piidioksidilasi ja kvartsilasi

molempia termejä käytetään usein yleisemmin, ja niitä pidetään yleensä keskenään vaihdettavina. Nämä termit voivat viitata joko sulatettuun kvartsiin tai sulatettuun piidioksidiin.

sulatetun piidioksidin Sovellukset

sulatetun piidioksidin amorfinen rakenne antaa sille useita erittäin toivottavia ja erillisiä sähköisiä, mekaanisia ja termisiä ominaisuuksia samalla kun se on kemiallisesti samanlainen kuin kvartsi.

on tavallista, että lasit sisältävät lisäaineita, kuten maa -, alkali-tai muita oksideja, fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien parantamiseksi ja lasin prosessointilämpötilan (sulamislämpötilan) alentamiseksi; sulatettu piidioksidi on kuitenkin hyvin puhdasta. Tämä johtaa siihen, että sillä on korkeammat käyttölämpötilat samalla kun se tarjoaa erilaisia ominaisuuksia kuin muut lasit.

sulatettu piidioksidi ei laajene tai supistu paljon Kuumennettaessa tai jäähdytettäessä, koska sen lämpölaajenemiskerroin on hyvin alhainen. Tämä tarkoittaa, että kvartsilasi kestää erittäin nopeaa kuumentamista tai jäähdytystä ilman halkeilua ja kestää hyvin lämpöshokkia.

sulatetun piidioksidin lämpöominaisuudet tekevät siitä erittäin arvokkaan teollisuuden korkean lämpötilan komponenteille, kuten lasinvalmistukselle, teräksenvalmistukseen tarkoitetuille veneille, tarjottimille ja upokkaille.

on olemassa hyvin laaja spektri valoa, jossa kvartsilasi on läpinäkyvää ja ulottuu kauko-infrapunan ja syvän ultravioletin välillä. Tämä tekee sulatetusta keskeisen komponentin useissa linsseissä, peileissä ja muissa UV – tai IR-välittävissä optiikoissa sekä optisissa kuiduissa.

sulatettu piidioksidi kestää useimpia happoja (lukuun ottamatta fluorivetyhappoa) ja on myös erittäin kemiallisesti inertti. Kemiallisesti inertti lainaa sulatettua piidioksidia biolääketieteellisiin sovelluksiin, usein huokoisen piidioksidin muodossa.

lujuuden, läpinäkyvyyden ja lämpöstabiilisuuden yhdistelmä tekee kvartsilasista vahvan ehdokkaan uusien sovellusten kehittämisessä, mukaan lukien syövytetyt mikroaaltopiirit, fotolitografiset substraatit ja suojakerroksena puolijohdekomponenteissa.

1. lasimaisen metallin set to rival steel: Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. tulenkestävien materiaalien valinta Teräksenvalmistukseen. (John Wiley & Sons, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. & Yaakob, M. H. hiilinanoputket ja Grafeenioksidisovellukset Optokemiallisissa antureissa. in Synthesis, Technology and Applications of Carbon Nanomaterials 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang, Y. & ru, H. syväetsatut suuritiheyksiset kvartsilasiirtoritilät, joiden hyötysuhde on korkea 1550 nm: n aallonpituudella. Appl. Valita. 45, 2567 (2006).

nämä tiedot on hankittu, tarkistettu ja mukautettu Mo-Sci Corp.

toimittamista materiaaleista lisätietoja tästä lähteestä on osoitteessa Mo-Sci Corp.

lainaukset