Kvarts vs smält kiseldioxid: Vad är skillnaderna?

listan över termer som används för att beskriva olika kiseldioxidbaserade material är förvirrande, lång och ofta missförstådd; dessa termer inkluderar smält kiseldioxid, kiseldioxid, kvartsglas, smält kvarts och kvarts.

Bildkredit: Mo-Sci Corp.

denna artikel kommer att undersöka de unika egenskaperna hos smält kiseldioxid och kvarts, liksom några relaterade material för att rensa förvirringen kring dessa termer.

kvarts vs kiseldioxid

en av de viktigaste sakerna att veta om smält kiseldioxid och kvarts är att de båda huvudsakligen består av kiseldioxid, även känd som kiseldioxid. Kiseldioxid är den primära beståndsdelen i de flesta typer av glas och har den kemiska formeln SiO2.

Mineralkvarts är den huvudsakliga formen i vilken kiseldioxid finns i naturen; mineralkvarts utgör en märkbar del av jordskorpan och är ett hårt, transparent kristallint material. Förutom kiseldioxid innehåller kvarts också naturligt förekommande föroreningar i olika proportioner som är beroende av dess geologiska ursprung.

’kiseldioxid’ avser en specifik kemisk förening, kiseldioxid, med kemisk formel SiO2. Samtidigt är kvarts ett naturligt förekommande kristallint mineral som huvudsakligen består av kiseldioxid men innehåller vissa föroreningar.

kristallina och amorfa fasta ämnen

för att förstå skillnaderna mellan olika kiseldioxidbaserade material måste det först finnas en förståelse för de grundläggande skillnaderna mellan amorfa fasta ämnen och kristallina fasta ämnen.

hur atomerna är ordnade inuti fasta ämnen är hur man definierar skillnaden. De ingående atomerna är anordnade i regelbundna, upprepande mönster som kallas kristallgitter i ett kristallint fast ämne. Ett exempel på ett kristallint kiseldioxidbaserat material är kvarts: syre-och kiselatomer är ordnade i en väldefinierad ordnad struktur.

atomerna i ett amorft fast ämne har emellertid ingen långdistansordning. I ett amorft fast ämne liknar det till synes slumpmässiga arrangemanget av molekyler de hos en vätska, förutom att de inte rör sig och istället fixeras på plats.

amorfa fasta ämnen utgör de flesta material som vi tänker på som ”glas”. Faktum är att termen” glasig ” kan användas för att beskriva vilket material som helst med en amorf atomstruktur.

ett materials egenskaper kan påverkas djupt baserat på om dess atomer är orienterade slumpmässigt eller ordnade på ett ordnat sätt. Glasövergångseffekten som uppvisas av amorfa fasta ämnen är ett av de mest slående exemplen på detta.

utöver sfären av kiseldioxid eller andra oxidbaserade material, oordnade ”glasartade” metaller väljs ofta för användning på grund av deras ovanliga mekaniska egenskaper jämfört med andra konventionella metaller.

kvarts och andra kiseldioxidbaserade material kan karakteriseras både vad gäller huruvida de är amorfa eller kristallina, såväl som av deras kemiska sammansättning.

definiera kiseldioxidbaserade Material

nu när grunderna har fastställts kommer detta dokument att undersöka skillnaderna mellan smält kiseldioxid, kvarts och andra kiseldioxidbaserade material.

kvarts

kvarts, som nämnts ovan, är den huvudsakliga formen av kiseldioxid som förekommer naturligt. Kvarts är ett kristallint fast ämne, vilket innebär att det har mycket distinkta egenskaper från glas medan det fortfarande liknar glas både vad gäller kemisk smink och utseende.

det finns begränsade industriella tillämpningar av kvarts (vilket betyder det kristallina mineralet). Kvartskristalloscillatorer finns emellertid i elektroniska system, mest bekant i armbandsur.

industriella kvartsapplikationer använder ibland Tillverkad ”syntetisk kvarts”. Detta material skulle kanske mer exakt beskrivas som kristallin kiseldioxid men kallas ofta helt enkelt ” kvarts.”

smält kiseldioxid och smält kvarts

ordet ”smält” här hänvisar till ett bearbetningssteg: smält kiseldioxid är nominellt ren kiseldioxid som har smält och kylts för att bilda ett glasartat, amorft fast ämne.

smält kiseldioxid innehåller inga tillsatser medan det fortfarande liknar andra glasögon på många sätt. Smält kiseldioxid, som specialmaterial, har flera högpresterande applikationer.

det finns ofta utbytbar användning av termerna ”smält kvarts” och ”smält kiseldioxid”. Emellertid hänvisar ”smält kvarts” mer specifikt till ett amorft fast ämne som bildas genom smältning av naturligt förekommande kvarts. Detta innebär att medan smält kiseldioxid är skenbart ren SiO2, smält kvarts innehåller föroreningar beroende på vad kvarts användes.

Kiseldioxidglas och kvartsglas

båda termerna används ofta på mer generiska sätt och anses vanligtvis utbytbara. Dessa termer kan både hänvisa till smält kvarts eller smält kiseldioxid.

tillämpningar av smält kiseldioxid

den amorfa strukturen hos smält kiseldioxid ger den flera mycket önskvärda och distinkta elektriska, mekaniska och termiska egenskaper medan den fortfarande är kemiskt lik kvarts.

det är vanligt att glasögon innehåller tillsatser som alkalisk jord, alkali eller andra oxider för att förbättra fysikaliska och kemiska egenskaper och för att sänka glasbearbetningstemperaturen (smältning); smält kiseldioxid är dock mycket ren. Detta resulterar i att den har högre arbetstemperaturer samtidigt som den erbjuder olika egenskaper från andra glasögon.

smält kiseldioxid expanderar eller kontraherar inte mycket när den upphettas eller kyls eftersom den har en mycket låg värmeutvidgningskoefficient. Detta innebär att smält kiseldioxid tål mycket snabb uppvärmning eller kylning utan sprickbildning och är mycket motståndskraftig mot termisk chock.

de termiska egenskaperna hos smält kiseldioxid gör den mycket värdefull för högtemperaturindustrikomponenter som glastillverkning, båtar för ståltillverkning, brickor och deglar.

det finns ett mycket brett spektrum av ljus där smält kiseldioxid är transparent och sträcker sig mellan långt infraröd till djup ultraviolett. Detta gör fused till en nyckelkomponent i en rad linser, speglar och annan UV – eller IR-sändande optik, såväl som i optiska fibrer.

smält kiseldioxid är resistent mot de flesta syror (exklusive fluorvätesyra) och är också extremt kemiskt inert. Att vara kemiskt inert ger smält kiseldioxid till biomedicinska tillämpningar, ofta i form av porös kiseldioxid.

kombinationen av styrka, transparens och termisk stabilitet gör smält kiseldioxid till en stark kandidat för att utveckla nya applikationer, inklusive etsade mikrovågskretsar, fotolitografisubstrat och som ett skyddande skikt i halvledaranordningar.

1. glasartad metall inställd på rival steel: Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. eldfast materialval för ståltillverkning. (John Wiley & Söner, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. A. & Yaacob, M. H. kolnanorör och Grafenoxidapplikationer i Optokemiska sensorer. i syntes, teknik och tillämpningar av Kolnanomaterial 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang, Y. & Ru, H. djupt etsad hög densitet smält kiseldioxid transmissionsgaller med hög effektivitet vid en våglängd av 1550 nm. Appl. Välja. 45, 2567 (2006).

denna information har hämtats, granskats och anpassats från material som tillhandahålls av Mo-Sci Corp.

för mer information om denna källa, besök Mo-Sci Corp.

citat