Dioxidul de siliciu, cunoscut și sub numele de silice, este un oxid de siliciu cu formula chimică SiO2, care se găsește în mod obișnuit în natură ca cuarț. Este cel mai abundent mineral găsit la suprafața Pământului, iar proprietățile sale unice îl fac una dintre cele mai utile substanțe naturale. Cuarțul se găsește de obicei sub formă cristalină și, ca atare, este alcătuit dintr-o serie de aranjamente repetate în mod regulat de atomi și fețe plane exterioare care fac materialul transparent. Adăugarea de oligoelemente în cristalele de cuarț le conferă culori distinctive.
Cuarțul amorf, prin definiția sa, este o formă necristalină de silice. Rădăcina greacă a cuvântului, morphē înseamnă „formă”, iar a- înseamnă „lipsit sau fără”. Numit sticlă de cuarț sau cuarț topit, este benefic pentru o serie de aplicații. Silica gelul este o formă amoroasă și poroasă de dioxid de siliciu, constând dintr-un cadru tridimensional neregulat de alternare a atomilor de siliciu și oxigen cu goluri și pori la scară nanometrică. Golurile pot conține apă sau alte lichide sau pot fi umplute cu gaz sau vid. În acest din urmă caz, materialul se numește în mod corespunzător xerogel de siliciu.
Xerogelurile de silice sunt utilizate ca materiale matrice pentru eliberarea prelungită și controlată a diferitelor tipuri de agenți biologic activi administrați pe diverse căi, așa cum sunt de aceea de interes pentru industria farmaceutică. Xerogelurile de silice derivate din sol-gel sunt netoxice și biocompatibile in vivo. Aceste materiale nu provoacă reacții adverse ale țesuturilor și se degradează în organism la acid silicic, adică Si (OH) 4, care este eliminat prin rinichi.
Procesul sol - gel este o metodă de producere a materialelor solide din molecule mici. Metoda este utilizată pentru fabricarea oxizilor metalici, în special a oxizilor de siliciu (Si) și titan (Ti). Procesul implică conversia monomerilor într-o soluție coloidală (sol) care acționează ca un precursor pentru o rețea integrată (sau gel) de particule discrete sau polimeri de rețea.
Xerogelurile cu silice foarte poroase sunt potrivite pentru o varietate de aplicații în sistemele de administrare a medicamentelor. Aceste materiale prezintă caracteristici unice care le fac nanopurtori ideali pentru a găzdui, proteja și transporta medicamente la locul țintă. Este fezabil să se încorporeze agenți de țintire pe suprafața externă a xerogelurilor de silice mezoporoasă pentru a-i direcționa către țesuturile nesănătoase care vizează creșterea specificității și, prin urmare, diminuarea efectelor secundare nedorite.
Materialele metalice convenționale au o structură cristalină formată din boabe monocristale de diferite dimensiuni dispuse într-o microstructură și sunt produse de nucleația și creșterea fazelor cristaline din aliajul topit în timpul solidificării. Prin contrast, anumite amestecuri de oxizi, cum ar fi paharele cu silicat, au o nucleație a cristalului și o cinetică de creștere atât de lentă, astfel încât materialul lichid poate fi răcit sub mult sub punctul de topire al unui cristal de cuarț. Aceste topituri de oxid, cunoscute sub numele de sticlă metalică în vrac (BMG), suferă o „tranziție sticloasă” și se îngheață sub formă de solide vitroase.
BMG-urile au proprietăți neobișnuite. De obicei, mult mai puternice decât omologii metalici cristalini și chiar mult mai dure decât ceramica, au limite foarte mari de deformare pentru elasticitatea Hookean. O nouă clasă de materiale de inginerie, BMG-urile oferă o oportunitate de a revoluționa domeniul materialelor structurale cu combinații de rezistență, ductilitate, rezistență și procesabilitate în afara anvelopei realizabile folosind tehnologia actuală. BMG-urile sunt cercetate pentru utilizări precum transformatoare de înaltă eficiență, etichete ID pasive, debitmetre, senzori de presiune, compozite nanomateriale și biomateriale precum înlocuirea oaselor.
În diverse aplicații industriale, conținutul amorf al unui amestec de compuși influențează semnificativ proprietățile. În preparatele farmaceutice, cristalinitatea este crucială pentru biodisponibilitatea unui agent și, prin urmare, este important să se cunoască conținutul amorf al acestor amestecuri. Conținutul amorf al sticlei metalice în vrac (BMG) este o măsură pentru proprietățile fizice ale compusului și, prin urmare, pentru calitatea produsului, comparabilă cu cimenturile și zgurile. O metodă ușor de utilizat pentru determinarea conținutului amorf este difracția de raze X (XRD). Oamenii de știință de la Thermo Fisher Scientific au folosit un difractometru cu raze X de masă pentru a evalua conținutul amorf din amestecurile de sticlă și cuarț, aplicând o abordare deconvoluție fără standard, cu precizie până la aproximativ 25% conținut amorf.