دو هزار سال قبل از ميلاد مسيح كه بشر متمدن هنر ساخت شيشه را كشف كرد , از آن براي ساختن ظروف و وسايل زينتي و مجسمه سازي استفاده كرد . آنچه كه شيشه را از سفال متمايز مي سازد شفافيت آن است . نور بدون تغيير از شيشه عبور مي كند و شيشه نيز بدون تأثير از عبور نور  ساختمان خود را حفظ مي كند اما گروهي از شيشه ها وجود دارند كه در مقابل نور واكنش داده تغيير مي كنند . اين تغييرات به سازندگان امكان مي دهد تا وسايل مختلفي مانند عينك هاي آفتابي كه در تاريكي روشن ودر روشنايي تيره مي شوند يا بالشتك هسته هاي مركزي حافظه مغناطيسي را توليد كنند . هم اكنون استفاده از شيشه آنقدر گسترده و گوناگون است كه چهار هزار سال پيش براي بشر قابل تصور نيز نبود .

     به طور كلي شيشه هاي حساس به نور به دو دسته تقسيم مي شوند , شيشه هاي نور رنگ كه وقتي تحت تأثير نور شديد قرار مي گيرند , موقتا" تغيير رنگ مي دهند و دسته ديگر شيشه هاي حساس به نور كه يك تصوير نا مرئي را آشكار مي سازند . گرما دادن به اين شيشه ها باعث بسط تصوير و در نتيجه باعث تغيير رنگ يا تغيير ساختار شيشه مي شوند . شيشه هاي نور رنگ و حساس به نور بسيار پايدار , بي اثر , نفوذ ناپذير , محكم و نارسانا  مي باشند .

     محققين پيوسته در حال انجام مطالعات و آزمونهاي مختلف در خصوص ويژگيهاي اين شيشه ها بوده و سعي در بهبود خواص آنها دارند , تا كاربردهاي آنها را گسترش دهند .

     شيشه هاي نور رنگ و حساس به نور همانند شيشه هاي معمولي از دي اكسيد سيليسيم ״ تركيب اصلي ماسه معمولي״  تشكيل شده اند . البته اين نوع دي اكسيد سيليسيم خالص داراي دماي ذوب بسيار بالا        (  ºC1600) بوده و به حالت مذاب به شدت ويسكوز مي باشند . از اينرو براي كاهش دماي ذوب , اكسيد هاي قليايي و قليايي خاكي را به خمير شيشه اضافه مي كنند . اكسيدهاي بور , آلومينيم , تيتانيم و برخي فلزهاي ديگر  براي كنترل خواصي مانند ضريب  شكست , مقاومت در برابر تأثير هوا و استحكام , به شيشه اضافه مي شوند . اين اكسيدها باعث نظم گيري و هم آهنگي مولكولهاي شيشه مي شوند تا خواص نور رنگي و حساسيت به نور به آن بدهند. اين مواد نسبت به نور و گرما واكنش نشان داده و به سرعت تشكيل رسوب مي دهند .

     خمير شيشه در دماي حدود   ºC1200 ذوب گشته به يك ماده همگن مانند يك شربت غليظ تبديل مي شود . شيشه مذاب را در قالب ريخته مايع را به شكلهاي گوناگون متراكم مي كنند , مثلا" در قالب هاي گرد محدب عدسي عينك ساخته مي شود . در زمان خنك شدن خمير شيشه ,  همراه با كاهش دماي شيشه , بور شكل پذيري ساختار شيشه را تغيير مي دهد , در اين هنگام بلورهاي هاليد نقره كه با مقادير كمي هاليد مس همراهند تشكيل مي شوند .

     بلورهاي هاليد نقره با قطر تقريبي 100 آنگستروم به قدري كوچكند كه نمي توانند نور مرئي با طول موج   4000  تا 7000  آنگستـــروم را جذب يا منتشر كنند به همين دليل شيشه كاملا" شفاف و بي رنگ به نظر مي رسد . اين بلورها در مقابل طول موجهاي كوتاهتر شفاف نيستند و پرتوهاي فرا بنفش موجود در نور خورشيد را جذب مي كنند . وقتي در مقابل چنين پرتوهايي قرار مي گيرند بعضي از يونهاي نقره با بار مثبت كه به كمك پيوند يوني به يونهاي هاليد متصلند , يك الكترون از يونهاي مس گرفته و به اتم هاي نقره خنثي تبديل مي شوند . هزاران اتم نقره خنثي با هم جمع شده لكه هاي نازك فلز نقره را تشكيل مي دهند . اين لكه ها به قدري كوچكند كه قادر به بازتاب نور مرئي نيستند ولي مي توانند آنرا جذب كنند . طول موج جذب شده به ابعاد لكه بستگي دارد , چون لكه ها به طور تصادفي در اندازه و شكل هاي مختلف تشكيل مي شوند , نور با طول موجهاي مختلف جذب شده و در نتيجه شيشه به رنگ خاكستري (تيره) در مي آيد . وقتي تابش نور قطع شود يونهاي مس الكترونهاي از دست داده را دوباره جذب نموده و اتمهاي نقره به هاليد تبديل مي شوند و شيشه سريعا" به حالت بيرنگ برگشته و شفاف مي شود .

 

 

     چون در اين مراحل از بلورهاي شيشه چيزي كم نمي شود شيشه بدون هرگونه تغييري مي تواند هزاران بار تيره و روشن شود . اين ويژگي خاص در شيشه هاي نور رنگ باعث شد كاربرد تجاري آنها به ويژه در انواع عينك به طور وسيعي افزايش يابد . اخيرا" توجه زيادي به سوزاندن هيدروژن در ساختار شيشه شده است اين روش باعث ايجاد لكه هاي نقره دائمي مي شود كه به نوبت رنگ عميقتري به شيشه مي دهند . رنگ مورد نظر به مدت زمان و دماي سوزاندن بستگي دارد , به طوري كه برخي عينكهاي آفتابي كه به اين روش ساخته مي شوند مي توانند ناهماهنگي نور را در طول روز به كمترين ميزان رسانده و در شب كاملا" بيرنگ و شفاف باشند .به نظر مي رسد شيشه هايي با اين ويژگي خاص طيفي بتوانند به راحتي مورد استفاده بيماران مبتلا به آماس شبكيه و يا نور ترسي قرار گيرند . در حال حاضر محققين سعي در استفاده از شيشه هاي نور رنگ براي توليد شيشه هاي اتومبيل و پنجره ساختمانها دارند . يكي از مشكلات موجود , حساسيت شيشه هاي نور رنگ به دماي محيط مي باشد .اين شيشه ها در روزهاي سرد تيره تر از روزهاي گرم مي باشند .

   در مقايسه با شيشه هاي نور رنگ شيشه هاي حساس به نور داراي تغييرات ثابت تري هستند . در اين شيشه ها به جاي مس از فلز سريم به عنوان الكترون دهنده استفاده مي شود . وقتي شيشه تحت تابش نور فرا بنفش قرار مي گيرد تعدادي از يونهاي سريم يك الكترون آزاد مي كنند و اين الكترونها توسط نقاطي از شيشه كاملا" جذب مي شوند حال در اثر حرارت بدليل قدرت الكترون ربايي بالاتر يونهاي نقره اين يونها الكترون را جذب كرده و در فرايندي مشابه شيشه هاي نور رنگ اتم هاي خنثي نقره  تشكيل مي شود . تفاوت اين فرايند در شيشه هاي حساس به نور نياز به گرما براي جدا شدن الكترون از نقاط رباينده و تجمع يونهاي نقره مي باشد . حال ذرات متراكم شده حاصل از اتمهاي نقره بر كريستالهاي مو جود در شيشه مانند متاسيليكات ليتيم ويا مواد اضافه شده مانند فلوئوريد سديم , مي نشينند . اگر به تعداد زياد و كافي از اين كريستالها تشكيل شود شيشه به رنگ شيري , نيم شفاف و اپال (شبيه در كوهي يا عقيق سليماني ) در مي آيد و نواحي پوشيده (نر يا حرارت نديده ) به صورت شفاف باقي مي ماند .

    لازم به ذكر است كه قبل از تابش نور فرا بنفش به سطح شيشه مي توان از ماسكهايي با طرح هاي زيبا و گوناگون در سطح شيشه استفاده نمود . پس از تابش نور فرا بنفش محلهايي كه بر روي آنها ماسك قرار گرفته شفاف و روشن و ساير قسمتها تيره يا نيم شفاف خواهند شد . شيشه هاي نيم شفاف در اسيد هيدروفلوريك بهتر حل شده در سرما متراكم مي شوند .

      در سال 1980 محققين شركت كورنينگ دريافتند كه از اين فرايندهاي شيميايي  ميتوان به صورت هدايت شده در توليد ميكرولنزها استفاده كرد .ا اين فرايند ابتدا شيشه تا نقطه نرم شدن گرم مي شود سپس در زمان سرد شدن بلورهاي متاسيليكات ليتيم به صورت اپال متراكمتر از نواحي شفاف شده به راحتي باعث ايجاد ميكرولنز مي شوند . البته با كنترل دقيق و ماهرانه دما حرارت و ميزان تابش نور فرا بنقش ميتوان توان اپتيكي اين ميكرولنزها را نيز تنظيم نمود .

     دانشمندان توانسته اند با استفاده از اين ويژگي شيشه موفق به تشكيل مستقيم مدار الكتريكي بر روي صفحات شيشه اي شوند . شناور كردن صفحه با الگويي از اپال در يك حمام مذاب شامل يونهاي نقره و گرما دادن به آن در جو هيدروژن يك فيلم نقره اي رساناي الكتريسيته در نواحي اپال تشكيل مي دهد و آن قسمت از فيلم كه روي نواحي شيشه اي و شفاف تشكيل مي شود به حالت نارسانا باقي مي ماند . البته اين پديده در حال آزمايش بوده , هنوز كاربرد تجاري نيافته است .

     چون قسمت اپال بيشتر از بخش شيشه اي در اسيد هيدروفلوريك حل مي شود قرار دادن نمونه در اسيد رقيق نواحي اپال را حل و طرح مورد نظر با هر پيچيدگي روي شيشه حكاكي مي شود .

    اضافه كردن فلوريد سديم به شيشه هاي حساس به نور , پديده هاي نوري متفاوتي نسبت به آنچه كه توسط متا سيليكات سديم به دست مي آيد , ايجاد مي كند . پژوهشگران با مخلوط كردن فلوريد سديم با برميد سديم مي توانند رنگهاي زيبا و تندي از طيف مرئي به وجود آورند .

     گرما باعث مي شود تا بلورهاي فلوريد سديم روي هسته هاي نقره تشكيل شوند , بلورهاي هرمي شكل برميد سديم در طول ادامه گرما طبق اصول تبلور رشد مي كنند . اين بلورها بسيار پراكنده و آنقدر ريزند كه شفافيت خود را حفظ مي كنند .

     تابش شديدتر پرتو فرابنفش باعث گرماي ديگري شده و در نتيجه مقادير زيادتري نقره آزاد مي شود . نقره در لبه ها و نوكهاي منشورهاي برميد نقره به صورت لكه هاي سوزني شكل مي نشيند , ابعاد اين لكه ها به اندازه ايست كه مي توانند نور مرئي را جذب كنند . چون سوزنها مشابه يكديگرند , نوار باريكي از طول موجها را به مقدار مناسب جذب مي كنند و رنگ روشني به شيشه مي دهند . تغيير و تنوع در شدت نور فرابنفش كه توسط ماسك صورت مي گيرد , باعث تشكيل ابعاد متفاوتي از سوزنهاي نقره اي مي شود , به طوري كه رنگهاي گوناگوني در شيشه آشكار مي شود .با چنين فرايندهايي شيشه هاي حساس به نور رنگي تهيه مي شوند . از اين نوع شيشه در فيلترهاي رنگي و شيشه هاي زينتي استفاده مي شود .

      شيشه هاي نور رنگ و حساس به نور به واسطه خواصي از قبيل مقاومت در برابر نفوذ آب , استحكام , بي اثر بودن , نارسانايي , نارسايي , شكست و پراكنش نور بسيار ارزشمندند . اين شيشه ها از زمان اختراع تا كنون در حل بسياري از مشكلات تكنيكي به كار رفته اند .           

 
                                                                    

 

 

برچسب‌ها: شيشه هاي حساس به نور, فتوكروميك