Ionentransport in Siliciumdioxid

Abstract

This paper reviews previously reported transport measurements in silica. In addition to self-diffusion of the basic structural elements (Si and O), chemical diffusion plays an important part and it is important to distinguish whether additional ions act as mineralizers or stabilizers or else cause chemical reactions and form new products. Also it must be recognized that even the purest forms of silica contain some impurities in the ppm range and these have characteristic mobilities. Of particular interest in this context are OH-, Na+, Ca2+ and Al3+. Earlier investigations were made almost exclusively on quartz and vitreous silica. The interest being in the atomic mechanisms as well as the values of the parameters. A valid interpretation of all the observations is not yet possible.

On donne un aperçu des recherches effectuées jusqu'à présent sur les phénomènes de transport dans la silice. Outre la détermination de l'auto-diffusion des éléments de base silicium et oxygne, la diffusion chimique joue également un grand rôle. Il convient de distinguer dans ce cas si les ions additionnels introduits ont seulement un rôle de minéralisateurs et/ou de stabilisateurs, ou, au contraire, s'il s'agit de réactions chimiques avec formation de nouveaux produits. Comme même les formes les plus pures de SiO2 présentent,dans leur structure, des impuretés en concentrations de quelques ppm, la mobilité de ces impuretés peut également fournir des valeurs caractéristiques. Les traces de OH-, Na+, Ca2+ et Al3+ offrent à cet égard un intérêt particulier. Les études de ce type réalisées jusqu'à présent ont porté presqu'exclusivement sur le quartz cristallin et la silice vitreuse non cristalline. Leurs auteurs se sont intéressés à déterminer les grandeurs cinétiques tout en cernant plus particulièrement le mécanisme qui intervient au niveau atomique. Il n'a cependant pas encore été possible de fournir une explication définitive, valable pour tous les cas.

Dieser Bericht gibt einen Überblick über die bisher an SiO2 ausgeführten Transportuntersuchungen. Neben der Bestimmung der Selbstdiffusion der Grundbausteine Silicium und Sauerstoff spielt auch die chemische Diffusion eine große Rolle, wobei zu unterscheiden ist, ob die zusätzlich eingeführten Ionen lediglich als Mineralisatoren und/oder Stabilisatoren wirken oder ob es sich um chemische Reaktionen mit Bildung neuer Produkte handelt. Da auch die reinsten Formen von SiO2 in die Struktur eingebaute Verunreinigungen im ppm-Bereich aufweisen, stellen deren Beweglichkeiten ebenfalls typische Kennwerte dar. Von besonderem Interesse sind dabei die Spuren OH-, Na+, Ca2+ und Al3+. Bisherige Untersuchungen dieser Art wurden fast ausschließlich nur an kristallinem Quarz und an nichtkristallinem Kieselglas ausgeführt. Dabei interessierte neben der Ermittlung der kinetischen Größen insbesondere auch der im Atomaren ablaufende Mechanismus. Eine endgültige Klärung konnte noch nicht in allen Fällen erzielt werden.