ई-ग्लास में सिलिका (SiO2) की मुख्य भूमिका

सिलिका (SiO2) एक अत्यंत महत्वपूर्ण और मौलिक भूमिका निभाता हैई-गिलास, इसके सभी उत्कृष्ट गुणों का आधारशिला है। सरल शब्दों में, सिलिका ई-ग्लास का "नेटवर्क निर्माता" या "कंकाल" है। इसके कार्यों को विशेष रूप से निम्नलिखित क्षेत्रों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

1. ग्लास नेटवर्क संरचना का निर्माण (कोर फ़ंक्शन)

यह सिलिका का सबसे बुनियादी कार्य है। सिलिका स्वयं एक काँच बनाने वाला ऑक्साइड है। इसके SiO4 चतुष्फलक ऑक्सीजन परमाणुओं के सेतुबंधन द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं, जिससे एक सतत, सुदृढ़ और यादृच्छिक त्रि-आयामी नेटवर्क संरचना बनती है।

सादृश्य:यह किसी निर्माणाधीन घर के स्टील के ढाँचे जैसा है। सिलिका पूरे काँच के ढाँचे के लिए मुख्य ढाँचा प्रदान करता है, जबकि अन्य घटक (जैसे कैल्शियम ऑक्साइड, एल्युमिनियम ऑक्साइड, बोरॉन ऑक्साइड, आदि) इस ढाँचे को भरते हैं या उसके प्रदर्शन को समायोजित करने के लिए उसमें कुछ बदलाव करते हैं।
इस सिलिका कंकाल के बिना, एक स्थिर कांच जैसी अवस्था वाला पदार्थ नहीं बनाया जा सकता।

2. उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन प्रदर्शन का प्रावधान

उच्च विद्युत प्रतिरोधकता:सिलिका में आयन गतिशीलता अत्यंत कम होती है, और रासायनिक बंधन (Si-O बंधन) अत्यंत स्थिर और मज़बूत होता है, जिससे इसे आयनित करना कठिन हो जाता है। इसके द्वारा निर्मित सतत नेटवर्क विद्युत आवेशों की गति को अत्यधिक प्रतिबंधित करता है, जिससे ई-ग्लास की आयतन प्रतिरोधकता और पृष्ठ प्रतिरोधकता बहुत अधिक हो जाती है।
निम्न परावैद्युत स्थिरांक और निम्न परावैद्युत हानि:ई-ग्लास के परावैद्युत गुण उच्च आवृत्तियों और उच्च तापमानों पर अत्यधिक स्थिर होते हैं। यह मुख्यतः SiO2 नेटवर्क संरचना की समरूपता और स्थिरता के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च-आवृत्ति वाले विद्युत क्षेत्र में ध्रुवीकरण की निम्न डिग्री और न्यूनतम ऊर्जा हानि (ऊष्मा में रूपांतरण) होती है। यह इसे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बोर्ड (PCB) और उच्च-वोल्टेज इंसुलेटर में सुदृढीकरण सामग्री के रूप में उपयोग के लिए आदर्श बनाता है।

3. अच्छी रासायनिक स्थिरता सुनिश्चित करना

ई-ग्लास जल, अम्ल (हाइड्रोफ्लोरिक और गर्म फॉस्फोरिक अम्ल को छोड़कर) और रसायनों के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदर्शित करता है।

निष्क्रिय सतह:घने Si-O-Si नेटवर्क की रासायनिक सक्रियता बहुत कम होती है और यह पानी या H+ आयनों के साथ आसानी से प्रतिक्रिया नहीं करता। इसलिए, इसका जल-अपघटन प्रतिरोध और अम्ल प्रतिरोध बहुत अच्छा होता है। यह सुनिश्चित करता है कि E-ग्लास फाइबर से प्रबलित मिश्रित सामग्री लंबे समय तक, कठोर वातावरण में भी, अपना प्रदर्शन बनाए रखती है।

4. उच्च यांत्रिक शक्ति में योगदान

हालांकि अंतिम ताकतकांच के रेशेसतही दोष और सूक्ष्म दरारों जैसे कारकों से भी काफी प्रभावित होते हैं, उनकी सैद्धांतिक ताकत काफी हद तक मजबूत Si-O सहसंयोजक बंधन और त्रि-आयामी नेटवर्क संरचना से उत्पन्न होती है।

उच्च बांड ऊर्जा:Si-O बंध की बंध ऊर्जा बहुत अधिक होती है, जो कांच के ढांचे को अत्यंत मजबूत बनाती है, तथा फाइबर को उच्च तन्य शक्ति और प्रत्यास्थता मापांक प्रदान करती है।

5. आदर्श तापीय गुण प्रदान करना

कम तापीय विस्तार गुणांक:सिलिका का तापीय प्रसार गुणांक बहुत कम होता है। चूँकि यह मुख्य ढाँचे का काम करता है, इसलिए ई-ग्लास का तापीय प्रसार गुणांक भी अपेक्षाकृत कम होता है। इसका अर्थ है कि तापमान परिवर्तन के दौरान इसकी विमीय स्थिरता अच्छी होती है और तापीय प्रसार और संकुचन के कारण अत्यधिक तनाव उत्पन्न होने की संभावना कम होती है।
उच्च मृदुकरण बिंदु:सिलिका का गलनांक अत्यंत उच्च (लगभग 1723∘C) होता है। यद्यपि अन्य फ्लक्सिंग ऑक्साइड मिलाने से E-ग्लास का अंतिम गलनांक कम हो जाता है, फिर भी इसका SiO2 कोर यह सुनिश्चित करता है कि ग्लास का मृदुकरण बिंदु पर्याप्त रूप से उच्च हो और अधिकांश अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए तापीय स्थिरता बनी रहे।

एक विशिष्टई-गिलाससंरचना में, सिलिका की मात्रा आमतौर पर 52%−56% (भार के हिसाब से) होती है, जो इसे सबसे बड़ा ऑक्साइड घटक बनाती है। यह काँच के मूलभूत गुणों को परिभाषित करता है।

ई-ग्लास में ऑक्साइडों के बीच श्रम विभाजन:

SiO2(सिलिका): मुख्य कंकाल; संरचनात्मक स्थिरता, विद्युत इन्सुलेशन, रासायनिक स्थायित्व और शक्ति प्रदान करता है।
Al2O3(एल्यूमिना): सहायक नेटवर्क पूर्व और स्टेबलाइजर; रासायनिक स्थिरता, यांत्रिक शक्ति को बढ़ाता है, और विविट्रिफिकेशन प्रवृत्ति को कम करता है।
बी2ओ3(बोरॉन ऑक्साइड): फ्लक्स और गुण संशोधक; तापीय और विद्युतीय गुणों में सुधार करते हुए पिघलने के तापमान को काफी कम कर देता है (ऊर्जा की बचत)।
सीएओ/एमजीओ(कैल्शियम ऑक्साइड/मैग्नीशियम ऑक्साइड): फ्लक्स और स्टेबलाइजर; पिघलने में सहायता करता है और रासायनिक स्थायित्व और विविट्रिफिकेशन गुणों को समायोजित करता है।