Silica (Siliciumdioxid, SiO₂) bezeichnet eine Gruppe oxidischer Siliciumverbindungen, die in amorpher oder kristalliner Form auftreten. Kristalline Modifikationen umfassen u.a. Quarz, Tridymit und Cristobalit, während amorphe Silica als gefällte Kieselsäure, pyrogene Silica oder Glas vorliegen kann. Die Unterscheidung zwischen amorpher und respiratorisch-kristalliner Silica ist toxikologisch und arbeitshygienisch essenziell.

Strukturell basiert Silica auf eckenverknüpften SiO₄-Tetraedern, die dreidimensionale Netzwerke mit variabler Dichte und Topologie bilden. In amorpher Silica fehlt die Fernordnung, was zu isotropen Eigenschaften, geringerer Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Diffusionseigenschaften führt. Kristalline Silica zeigt anisotrope mechanische und optische Eigenschaften sowie ausgeprägte Phasenumwandlungen bei hohen Temperaturen.

Funktional bedeutend sind gezielt strukturierte Formen wie mesoporöse und mesostrukturierte Silica (z.B. MCM‑41, SBA‑15) mit wohldefinierten Porendurchmessern im Bereich 2–50 nm. Nanoporöse und allgemein poröse Silica zeichnen sich durch hohe spezifische Oberflächen und einstellbare Porenarchitektur aus und werden als Katalysatorträger, Adsorbentien, in der Chromatographie sowie als Trägermaterialien in der Wirkstofffreisetzung eingesetzt. Diatomeen- (Diatom-)Siliciumdioxid stellt eine biogen gebildete, hierarchisch strukturierte, überwiegend amorphe Silica-Form dar.

In SiOₓ-Materialien (0 < x < 2) werden Sauerstoffunterstöchiometrien genutzt, um elektrische und optische Eigenschaften zu modulieren (z.B. in Dünnfilmen und Barriereschichten). Silica ist ferner ein Schlüsselbestandteil von Gläsern, Keramiken, Verbundwerkstoffen, Füllstoffen für Polymere und Isolationsmaterialien. Die präzise Kontrolle von Struktur, Porosität, Oberflächenchemie und Stöchiometrie ist zentral für das Design anwendungsspezifischer Silica-basierter Werkstoffe.