Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эксперимент по стеклованию с использованием расплавленного стекла.

Витрификации (от латинского vitreum , «стекло» с помощью французского vitrifier ) является превращение вещества в стекле , [1] то есть скажем, не- кристаллического твердого аморфного вещества . В производстве керамики , витрификация отвечает за ее непроницаемость для воды . [2]

Стеклование обычно достигается путем нагревания материалов до тех пор, пока они не станут жидкими, а затем охлаждения жидкости, часто быстро, так что она проходит через стеклование с образованием стеклообразного твердого вещества. Некоторые химические реакции также приводят к образованию очков.

С точки зрения химии , стеклование характерно для аморфных материалов или неупорядоченных систем и возникает, когда связь между элементарными частицами ( атомами , молекулами , образующими блоки) становится выше определенного порогового значения. [3] Температурные колебания разрывают связи; следовательно, чем ниже температура , тем выше степень подключения. Из-за этого аморфные материалы имеют характерную пороговую температуру, называемую температурой стеклования ( T g ): ниже T g аморфные материалы стеклообразные, а выше T g - расплавленные.

Чаще всего используются в производстве керамики , стекла и некоторых видов пищевых продуктов, но есть и многие другие, такие как стеклование антифриза при криоконсервации .

В ином смысле этого слова вложение материала внутрь стеклообразной матрицы также называют стеклованием . Важным применением является остекловывание радиоактивных отходов для получения вещества, которое, как мы надеемся, будет более безопасным и более стабильным для захоронения.

Во время извержения Везувия в 79 году нашей эры мозг жертвы был остекленел от сильной жары вулканического пепла . [4] [5] [6] [7]

Керамика [ править ]

Стеклование - это постепенное частичное плавление глины или тела в результате обжига . По мере стеклования доля стеклообразной связки увеличивается, и кажущаяся пористость обожженного продукта постепенно уменьшается. [2] [8] Стекловидные тела имеют открытую пористость и могут быть непрозрачными или полупрозрачными . В этом контексте «нулевая пористость» может быть определена как водопоглощение менее 1%. Однако различные стандартные процедуры определяют условия водопоглощения. [9] [10] [11] Пример взят из ASTM, которые утверждают: «Термин« стекловидное тело »обычно означает поглощение менее 0,5%, за исключением плитки для пола и стен и низковольтных электрических изоляторов , которые считаются стекловидными с водопоглощением до 3%». [12]

Глиняную посуду можно сделать водонепроницаемой путем глазирования или стеклования. Фарфор , костяной фарфор и сантехника являются образцами керамической керамики и непроницаемы даже без глазури. Керамогранит может быть остеклованным или полустеклованным; последний тип не был бы непроницаемым без глазури. [13] [2] [14]

Приложения [ править ]

Когда сахароза охлаждается медленно, получается кристаллический сахар (или леденец ), но при быстром охлаждении она может образовывать сиропообразную сахарную вату (сахарную вату).

Стеклование также может происходить в жидкости, такой как вода, обычно в результате очень быстрого охлаждения или введения агентов, подавляющих образование кристаллов льда . Это отличается от обычного замораживания, которое приводит к образованию кристаллов льда. Стеклование используется в криоэлектронной микроскопии для настолько быстрого охлаждения образцов, что их можно визуализировать с помощью электронного микроскопа без повреждений. [15] [16] В 2017 году Нобелевская премия по химии была присуждена за разработку этой технологии, которая может использоваться для изображения таких объектов, как белки или вирусные частицы. [17]

Обычное натриево-известковое стекло , используемое в окнах и контейнерах для питья, создается путем добавления карбоната натрия и извести ( оксида кальция ) к диоксиду кремния . Без этих добавок диоксиду кремния потребуется очень высокая температура для получения расплава, а затем (при медленном охлаждении) стекла.

Стеклование используется при удалении и долгосрочном хранении ядерных или других опасных отходов [18] методом, называемым геомелтингом . Отходы смешиваются со стеклообразующими химикатами в печи с образованием расплавленного стекла, которое затем затвердевает в контейнерах, тем самым иммобилизуя отходы. Окончательная форма отходов напоминает обсидиан и представляет собой устойчивый к выщелачиванию материал, который эффективно удерживает отходы внутри. Широко распространено мнение, что такие отходы могут храниться в такой форме в течение относительно длительных периодов времени, не опасаясь загрязнения воздуха или грунтовых вод . Для объемного стеклования используются электродырастопить почву и отходы там, где они лежат. Затем затвердевшие отходы могут быть дезинтегрированы с меньшей опасностью широкого заражения. По данным Pacific Northwest National Labs , «стеклование превращает опасные материалы в стабильную стеклянную форму, которая прослужит тысячи лет». [19]

Витрификация при криоконсервации [ править ]

Витрификация при криоконсервации используется для сохранения, например, человеческих яйцеклеток ( ооцитов ) (при криоконсервации ооцитов ) и эмбрионов (при криоконсервации эмбрионов ).

В настоящее время методы витрификации применяются только к мозгу ( нейровитрификация ) компанией Alcor и к верхней части тела Институтом крионики , но обе организации проводят исследования по применению витрификации ко всему телу.

Многие древесные растения, обитающие в полярных регионах, естественным образом остекловывают свои клетки, чтобы пережить холод. Некоторые могут выжить при погружении в жидкий азот и жидкий гелий . [20]

Добавки, используемые в криобиологии или производимые естественным путем организмами, живущими в полярных регионах , называются криопротекторами .

См. Также [ править ]

  • Криогеника
  • Кристаллизация
  • Переохлаждение
  • Остекленевший форт

Литература [ править ]

  • Стивен Эшл (июнь 2002 г.). «Разделяй и остекловывай» (PDF) . Scientific American . 286 (6): 17–19. Bibcode : 2002SciAm.286f..17A . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0602-17 . Проверено 10 мая 2015 года .
  • Стефан Ловгрен, «Трупы, замороженные для будущего возрождения компанией Аризоны» , март 2005 г., National Geographic

Ссылки [ править ]

  1. ^ Varshneya, AK (2006). Основы неорганических стекол . Шеффилд: Общество Стекольной Технологии.
  2. ^ a b c Додд, Артур; Мерфин, Дэвид (1994). Словарь керамики (3-е изд.). Лондон: Институт минералов. ISBN 0901716561.
  3. ^ Охован, Мичиган; Ли, WE (2010). «Связность и стеклование в неупорядоченных оксидных системах». Журнал некристаллических твердых тел . 356 (44–49): 2534–2540. Bibcode : 2010JNCS..356.2534O . DOI : 10.1016 / j.jnoncrysol.2010.05.012 .
  4. ^ Пуччи, Пьеро; Ниола, Массимо; Бакстер, Питер Дж .; Фонтанароса, Каролина; Джордано, Гвидо; Грациано, Винченцо; и другие. (2020). «Вызванное нагреванием витрификация мозга в результате извержения Везувия в 79 г. н.э.» . Медицинский журнал Новой Англии . 382 (4): 383–384. DOI : 10.1056 / NEJMc1909867 . PMID 31971686 . 
  5. ^ Пуччи, Пьеро; Ниола, Массимо; Бакстер, Питер Дж .; Фонтанароса, Каролина; Джордано, Гвидо; Грациано, Винченцо; и другие. (23 января 2020 г.). «Дополнительное приложение к: Петрон П., Пуччи П., Ниола М. и др. Вызванное нагреванием витрификация мозга в результате извержения Везувия в 79 г. н.э.» (PDF) . Медицинский журнал Новой Англии . 382 (4): 383–384. DOI : 10.1056 / NEJMc1909867 . PMID 31971686 . Дата обращения 13 сентября 2020 .  
  6. ^ Пинковски, Дженнифер (23 января 2020). «Мозги превратились в стекло? Задыхались в эллингах? Жертвы Везувия получили новый облик» . Нью-Йорк Таймс . Дата обращения 13 сентября 2020 .
  7. ^ «Везувий извержение: Экстремальная жара„превратился мозг человека к стеклу “ » . BBC . Служба новостей BBC. 23 января 2020 . Проверено 24 января 2020 года .
  8. ^ 'Роль Аксессуар минералов на витрификации фаянсовой композиций. NMGhoneim; EHSallam; DM Ebrahim. Ceram.Int. 16. №1. 1990 г.
  9. ^ Whitewares: производство, тестирование и контроль качества. Уильям Райан и Чарльз Рэдфорд. Институт материалов, 1997 г.
  10. ^ «Методы расширения узкого диапазона стеклования глин». Е. В. Стекло и керамика 36, (8), 450, 1979.
  11. ^ «Контроль оптимального витрификации стекловидных и фарфоровых тел». Э. Синьорини. Ceram.Inf. 26. №301. 1991 г.
  12. ^ ASTM C242-01. «Стандартная терминология керамических белых изделий и сопутствующих товаров».
  13. ^ «Body Builders». Дж. Ахмед. Азиатская керамика. Июнь 2014 г. [ требуется полная ссылка ]
  14. ^ «Введение в технологию керамики». Пол Радо, Институт керамики. 1988 г.
  15. ^ Dubochet, J .; McDowall, AW (декабрь 1981 г.). «Стеклование чистой воды для электронной микроскопии» . Журнал микроскопии . 124 (3): 3–4. DOI : 10.1111 / j.1365-2818.1981.tb02483.x .
  16. ^ Dubochet, J. (март 2012). «Крио-ЭМ-первые тридцать лет». Журнал микроскопии . 245 (3): 221–224. DOI : 10.1111 / j.1365-2818.2011.03569.x . PMID 22457877 . S2CID 30869924 .  
  17. ^ «Нобелевская премия по химии присуждена за криоэлектронную микроскопию» . Нью-Йорк Таймс . 4 октября 2017 . Проверено 4 октября 2017 года .
  18. ^ Охован, Майкл I .; Ли, Уильям Э. (2011). «Стекловидные формы для иммобилизации ядерных отходов» . Металлургическая и Транзакции материалов A . 42 (4): 837–851. Bibcode : 2011MMTA ... 42..837O . DOI : 10.1007 / s11661-010-0525-7 .
  19. ^ «Расчеты выброса формы отходов для оценки производительности комплексного объекта захоронения 2005 г.» (PDF) . ПННЛ-15198 . Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория. Июль 2005 . Проверено 8 ноября 2006 .
  20. ^ Стримбек, GR; Schaberg, PG; Fossdal, CG; Шредер, WP; Кьельсен, Т.Д. (2015). «Устойчивость к экстремально низким температурам древесных растений» . Границы науки о растениях . 6 : 884. DOI : 10.3389 / fpls.2015.00884 . PMC 4609829 . PMID 26539202 .