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¿Sabías que es posible cambiar las propiedades del vidrio? Considera esto.

Según materiales AZO:

“Las propiedades del vidrio de silicato y borato se pueden ajustar utilizando modificadores de vidrio como el óxido de litio, el óxido de calcio y el óxido de zinc para cumplir con varias aplicaciones de ingeniería de nicho. Este artículo examina cómo se crean los vidrios de alta especificación para numerosas aplicaciones utilizando modificadores de vidrio comunes.

“El vidrio común es resistente al calor, exhibe una baja expansión térmica y ofrece muy buena resistencia al choque térmico. Es químicamente duradero, presenta una alta resistividad eléctrica y es ópticamente transparente. Todas estas propiedades hacen del vidrio un material único que es esencial en arquitectura, material de laboratorio, electrónica e ingeniería.

“Los modificadores de vidrio pueden transformar aún más el vidrio en un verdadero material maravilloso. Las propiedades del vidrio se pueden ajustar y aumentar con precisión, al igual que con otros materiales como el acero, agregando cuidadosamente modificadores químicos para cumplir con una amplia gama de aplicaciones exigentes.

Estructura y composición del vidrio

“Hay tres categorías amplias para los constituyentes del vidrio: formadores de redes, modificadores e intermedios. ¹Con los formadores de red, la mayor parte del vidrio se compone de una red altamente entrecruzada de enlaces químicos. El componente formador de red más común del vidrio es el óxido de silicio. Otros dos óxidos comúnmente utilizados en la producción de vidrio son el boro y el germanio.

“Para alterar aún más las propiedades del vidrio, se pueden agregar al vidrio modificadores químicos , incluidos litio, sodio, potasio y calcio, en pequeñas cantidades. Estos modificadores existen como átomos individuales cargados (iones) entre los formadores de redes reticuladas. Como tales, reducen el número relativo de enlaces fuertes en el vidrio y, a su vez, reducen el punto de fusión y la viscosidad.

“Dependiendo de la composición del vidrio , los intermedios, incluidos el titanio, el aluminio y el zinc, son sustancias químicas que pueden comportarse como formadores de redes o modificadores. ² Se requiere un equilibrio cuidadosamente ajustado de formadores de red, intermediarios y modificadores para evitar la formación de cristalitos ordenados dentro del material, ya que los vidrios están naturalmente muy desordenados.

Efectos de los modificadores de vidrio

“Las relaciones de aditividad describen aproximadamente las propiedades del vidrio modificado, ya que el vidrio generalmente actúa como una solución, lo que significa que cada ingrediente contribuye a las propiedades generales del vidrio en una cantidad aproximadamente proporcional a su concentración. ³

“La unión normal entre los elementos formadores de vidrio y el oxígeno se ve interrumpida por los modificadores de vidrio, ya que se unen débilmente con los átomos de oxígeno. Se crean «oxígenos que no forman puentes», lo que luego reduce la cantidad relativa de enlaces fuertes dentro del vidrio. Esto significa que los modificadores de vidrio suelen tener efectos significativos en las propiedades del vidrio.

“Tales efectos incluyen una reducción en el punto de fusión, la tensión superficial y la viscosidad como resultado de una unión general más débil dentro del material.⁴ Los modificadores de vidrio afectan el coeficiente de expansión térmica, la durabilidad química y el índice de refracción, lo que hace que sea más fácil trabajar con el vidrio a temperaturas más bajas sin afectar la transparencia.

Modificadores de vidrio para aplicaciones de alta especificación

“Los diversos modificadores de vidrio disponibles tienen varias propiedades comunes. Sin embargo, las propiedades químicas únicas de cada uno pueden tener efectos variables en las propiedades del vidrio producido.

Durabilidad química

“La durabilidad química del vidrio generalmente se reduce cuando se usan metales, por ejemplo, sodio y potasio, como modificadores. Por el contrario, la durabilidad química del vidrio puede aumentar cuando se utilizan metales alcalinotérreos, por ejemplo, calcio. ⁵

Resistividad

“El vidrio tiene alta resistividad y permitividad, lo que lo presta para aplicaciones en resistencias y capacitores. La resistividad de los vidrios se puede aumentar drásticamente mediante la adición de óxidos de telurio, germanio o titanio en bajas concentraciones. Esto los convierte en modificadores de vidrio atractivos para aplicaciones de ultra alta resistencia, por ejemplo, audífonos y detectores de infrarrojos. ⁶

Vidrio para material de laboratorio

“En la fabricación de material de laboratorio, se valora mucho el vidrio con una fuerte durabilidad química y resistencia al choque térmico. Los efectos de expansión térmica se pueden reducir mediante la adición de óxido de zinc al vidrio de silicato. Esto lo hace particularmente resistente al choque térmico.

“Los vidrios que usan borato y silicato como formador de red, conocidos como vidrios de borosilicato, también son particularmente resistentes térmicamente y químicamente duraderos. Esto los convierte en un material atractivo para recipientes de reacción, tubos de ensayo y otro material de laboratorio.

Propiedades ópticas especiales

“Varias gafas son apreciadas por sus características ópticas inusuales. Los lentes fotocromáticos utilizan ampliamente vidrio modificado con zinc, mientras que el vidrio fotosensible se produce con plata, oro y cobre y puede cambiar de color en respuesta a la luz incidente. ^4,7

Vidrio bioactivo

“La comunidad biomédica está particularmente interesada en la forma de vidrio modificado que emula de cerca las propiedades de la porción mineral del hueso vivo. Esto se conoce como vidrio bioactivo. Es altamente biocompatible y forma fuertes enlaces químicos con el hueso.

“El calcio y el sodio actúan como modificadores principales para crear un vidrio comparativamente blando que consta de alrededor de un 45 % de silicato. Dicho vidrio se puede mecanizar fácilmente en implantes para su uso en la reparación de lesiones óseas. ⁸

Tecnología de vidrio de precisión líder de Mo-Sci

“Líder mundial en tecnología de vidrio de precisión, Mo-Sci produce una amplia variedad de lentes de alta especificación para aplicaciones en el cuidado de la salud, la electrónica y la ingeniería. Su experiencia incluye vidrio bioactivo, vidrio de alto índice de refracción y vidrio fluorescente. Mo-Sci puede producir soluciones personalizadas para prácticamente cualquier aplicación de vidrio”.

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