Kwarc kontra topiona Krzemionka: jakie są różnice?

lista terminów używanych do opisania różnych materiałów na bazie krzemionki jest myląca, długa i często niezrozumiana; terminy te obejmują stopioną krzemionkę, krzemionkę, szkło kwarcowe, stopiony kwarc i kwarty.

w tym artykule zbadamy unikalne właściwości topionej krzemionki i kwarcu, a także kilka powiązanych materiałów, aby wyjaśnić zamieszanie wokół tych terminów.

Kwarc kontra Krzemionka

jedną z najważniejszych rzeczy, które należy wiedzieć o stopionej krzemionce i kwarcu, jest to, że oba składają się głównie z krzemionki, znanej również jako dwutlenek krzemu. Krzemionka jest głównym składnikiem większości rodzajów szkła i ma wzór chemiczny SiO2.

Kwarc mineralny jest główną formą, w której występuje krzemionka w przyrodzie; kwarc mineralny stanowi znaczną część skorupy ziemskiej i jest twardym, przezroczystym materiałem krystalicznym. Oprócz krzemionki, kwarc zawiera również naturalnie występujące zanieczyszczenia w różnych proporcjach, które są zależne od jego geologicznego pochodzenia.

„Krzemionka” odnosi się do określonego związku chemicznego, ditlenku krzemu, o wzorze chemicznym SiO2. Tymczasem kwarc jest naturalnie występującym minerałem krystalicznym, który składa się głównie z krzemionki, ale zawiera pewne zanieczyszczenia.

Krystaliczne i amorficzne ciała stałe

aby zrozumieć różnice między różnymi materiałami na bazie krzemionki, najpierw należy zrozumieć podstawowe różnice między amorficznymi ciałami stałymi a krystalicznymi ciałami stałymi.

sposób, w jaki atomy są ułożone wewnątrz ciał stałych, określa różnicę. Atomy składowe są ułożone w regularne, powtarzające się wzory znane jako sieci krystaliczne w krystalicznym ciele stałym. Przykładem krystalicznego materiału na bazie krzemionki jest kwarc: atomy tlenu i krzemu są ułożone w dobrze zdefiniowaną uporządkowaną strukturę.

Atomy w amorficznym ciele stałym nie mają jednak kolejności dalekiego zasięgu. W amorficznym ciele stałym, pozornie przypadkowy układ cząsteczek przypomina te z cieczy, z tym wyjątkiem, że nie poruszają się i zamiast tego są stałe w miejscu.

amorficzne ciała stałe tworzą większość materiałów, które uważamy za „szkło”. Rzeczywiście, termin „szklisty” może być używany do opisania dowolnego materiału o amorficznej strukturze atomowej.

charakterystyka materiału może mieć głęboki wpływ na to, czy jego atomy są zorientowane losowo, czy są ułożone w uporządkowany sposób. Efekt przejścia szkła wykazywany przez amorficzne ciała stałe jest jednym z najbardziej uderzających przykładów tego.

poza sferą krzemionki lub innych materiałów opartych na tlenkach, nieuporządkowane” szkliste ” metale są często wybierane do stosowania ze względu na ich niezwykłe właściwości mechaniczne w porównaniu z innymi konwencjonalnymi metalami.

kwarc i inne materiały na bazie krzemionki można scharakteryzować zarówno pod względem amorficznym, jak i krystalicznym, a także pod względem ich składu chemicznego.

Definiowanie materiałów na bazie krzemionki

teraz, gdy podstawy zostały ustalone, w niniejszym artykule zbadamy różnice między stopioną krzemionką, kwarcem i innymi materiałami na bazie krzemionki.

Kwarc

Kwarc, jak wspomniano powyżej, jest główną formą krzemionki, która występuje naturalnie. Kwarc jest krystalicznym ciałem stałym, co oznacza, że ma bardzo wyraźne właściwości od szkła, podczas gdy nadal przypomina szkło zarówno pod względem składu chemicznego, jak i wyglądu.

istnieją ograniczone zastosowania przemysłowe kwarcu (co oznacza minerał krystaliczny). Jednak oscylatory kwarcowe znajdują się w układach elektronicznych, najbardziej znane w zegarkach na rękę.

przemysłowe zastosowania kwarcu czasami używają wyprodukowanego „syntetycznego kwarcu”. Materiał ten może być dokładniej opisany jako krzemionka krystaliczna, ale często nazywany jest po prostu ” kwarcem.”

topiona krzemionka i topiony Kwarc

słowo” topiona ” odnosi się tutaj do etapu przetwarzania: topiona krzemionka jest nominalnie czystą krzemionką, która została stopiona i schłodzona, tworząc szkliste, amorficzne ciało stałe.

topiona krzemionka nie zawiera żadnych dodatków, a jednocześnie pod wieloma względami przypomina inne okulary. Topiona krzemionka, jako materiał specjalny, ma kilka zastosowań o wysokiej wydajności.

istnieje często wymienne Użycie terminów „topiony kwarc” i „topiona krzemionka”. Jednak „topiony kwarc” dokładniej odnosi się do amorficznego ciała stałego utworzonego przez topienie naturalnie występującego kwarcu. Oznacza to, że podczas gdy topiona krzemionka jest pozornie czystym SiO2, topiony kwarc zawiera zanieczyszczenia zależne od tego, co kwarc został użyty.

Szkło krzemionkowe i szkło kwarcowe

oba terminy są często używane w bardziej ogólny sposób i są zwykle uważane za wymienne. Terminy te mogą odnosić się zarówno do topionego kwarcu, jak i topionej krzemionki.

zastosowania topionej krzemionki

amorficzna struktura topionej krzemionki nadaje jej kilka wysoce pożądanych i wyraźnych właściwości elektrycznych, mechanicznych i termicznych, a jednocześnie jest chemicznie podobna do kwarcu.

często szkła zawierają dodatki, takie jak Ziemia alkaliczna, Zasady lub inne tlenki, aby poprawić właściwości fizyczne i chemiczne oraz obniżyć temperaturę obróbki szkła (topnienia); jednak stopiona krzemionka jest bardzo czysta. Skutkuje to wyższymi temperaturami roboczymi, oferując jednocześnie inne właściwości niż inne okulary.

topiona krzemionka nie rozszerza się ani nie kurczy się znacznie po podgrzaniu lub schłodzeniu, ponieważ ma bardzo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Oznacza to, że stopiona krzemionka może wytrzymać bardzo szybkie nagrzewanie lub chłodzenie bez pękania i jest wysoce odporna na szok termiczny.

właściwości termiczne topionej krzemionki sprawiają, że jest ona bardzo cenna dla wysokotemperaturowych komponentów przemysłowych, takich jak produkcja szkła, łodzie do produkcji stali, tace i Tygle.

istnieje bardzo szerokie spektrum światła, w którym stopiona krzemionka jest przezroczysta, rozciągająca się od dalekiej podczerwieni do głębokiego ultrafioletu. To sprawia, że fused jest kluczowym elementem w wielu soczewkach, lustrach i innych optyce nadającej promieniowanie UV lub IR, a także w światłowodach.

topiona krzemionka jest odporna na większość kwasów (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego) i jest również bardzo obojętna chemicznie. Bycie chemicznie obojętnym nadaje stopionej krzemionki do zastosowań biomedycznych, często w postaci porowatej krzemionki.

połączenie wytrzymałości, przezroczystości i stabilności termicznej sprawia, że topiona krzemionka jest silnym kandydatem do opracowania nowych zastosowań, w tym wytrawionych obwodów mikrofalowych, podłoży fotolitograficznych i jako warstwa ochronna w urządzeniach półprzewodnikowych.

1. szklisty metalowy zestaw do rival steel: Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. wybór materiałów ogniotrwałych do produkcji stali. (John Wiley & Sons, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. A. & Yaacob, M. H. nanorurki węglowe i zastosowania tlenku grafenu w czujnikach Optochemicznych. 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. głęboko wytrawione kraty transmisyjne o wysokiej gęstości z krzemionką o wysokiej wydajności przy długości fali 1550 nm. Appl. Opt. 45, 2567 (2006).

informacje te zostały pozyskane, sprawdzone i dostosowane z materiałów dostarczonych przez Mo-Sci Corp.

aby uzyskać więcej informacji na temat tego źródła, odwiedź Mo-Sci Corp.

cytowania