شیشه
تاریخچه
مانند بسیاری از مواد دیگر ، در مورد اختراع شیشه نیز تردیدبسیاری وجود دارد. یکی از قدیمی‌ترین استفاده‌های موجود در اینماده، از "پلینی" نقل شده که در طی آن ، گفته می‌شود که بازرگانان فنیقی ، ضمن پختنغذا در ظرفی که برحسب اتفاق روی توده‌ای ازلزونادر ساحل دریا قرار گرفتهبود، به وجود این ماده پی بردند. یکی شدن ماسه و قلیا نظر آنان را به خود جلب کرد وسبب انجام تلاشهای بعدی در راه تقلید این عمل شد.
مصری‌ها در هزاره ششم پیشاز میلاد ، جواهرات بدلی شیشه‌ای می‌ساختند. در سال 290 میلادی ، شیشه پنجره ساختهشد. در طی قرون وسطی ،ونیزبه مرکز انحصاریصنعتشیشهبدل شده بود. در سال 1688 شیشه جام درفرانسهبه شکل فراورده نوعرضه گردید. در سال 1608 میلادی ، درایالات متحده، در "جیمزتاون" درویرجینیا، صنعت شیشه پایه‌گذاری شد. در سال 1914،فرایند فورکالتدربلژیکبرای کشش مداوم ورق شیشه بوجود آمد.
مصارف و جنبه‌های اقتصادی
مصارف و کاربردهای شیشه بسیار متعدد است. درمجموع شیشه سازی در ایالات متحده ، سالانه یک صنعت 7 میلیارد دلاری را تشکیل می‌دهدو در آن میان ، شیشه خودرو ، سالانه نیمی از مقدارتولیدشیشه تخترا به خود اختصاص می‌دهد. در معماری ، گرایش بیشتری به استفاده ازشیشه در ساختمانهای تجاری و بویژه مصرف شیشه‌های رنگی ، پدید آمده است.
ترکیب شیشه
شیشه ، محصولی کاملا «شیشه‌ای شده» یا دست کم فراورده‌ای استکه مقدار مواد معلق غیرشیشه‌ای موجود در آن نسبتا کم است. با وجود هزاران فرمولجدید شیشه که طی 30 سال گذشته بوجود آمده، درخور توجه است که هنوز مانند 2000 سالپیش ، 90 درصد تمام شیشه‌های جهان ازآهک،سیلیسوکربنات سدیمتشکیل یافته‌اند. اما نباید چنین استنتاج کرد که در طی این مدت، هیچ تحول مهمی در ترکیب شیشه صورت نگرفته است. بلکه در واقع تغییرات جزئی دراجزای اصلی ترکیب و تغییرات مهم در اجزای فرعی ترکیب ، پدید آمده است.
اجزایاصلی عبارتند از: ماسه،آهکوکربنات سدیم. هر ماده خام دیگر، جزء فرعی تلقی می‌شود، هرچند که بر اثر استفاده از آن ، نتایج مهمی بدست آید. مهمترین عامل در ساخت شیشه ، گرانروی اکسیدهای مذاب و ارتباط میان این گرانروی وترکیب شیشه است.
تقسیم بندی شیشه‌های تجارتی
سیلیس گداخته
سیلیس گداخته یا سیلیس شیشه‌ای به روشتفکافتتتراکلرید سیلیسیمدر دمای بالا یابوسیله گدازشکوارتزیاماسه خالص ساخته می‌شود و گاه آن را به اشتباه ،شیشه کوارتزیمی‌خوانند. این ماده ، انبساط کم و نقطه نرمی بالایی دارد که به مقاومت گرمایی زیادآن کمک می‌کند و امکان استفاده از آن را در گستره دمایی بالاتر از دیگر شیشه‌هافراهم می‌آورد. این شیشه ،اشعه ماوراء بنفشرا بخوبی از خود عبور می‌دهد.
سیلیکاتهای قلیایی
سیلیکاتهای قلیایی تنها شیشه‌های دو جزئی هستند که ازاهمیت تجارتی برخوردارند. ماسهوکربنات سدیمرا بسادگی با هم ذوبمی‌کنند و محصولات بدست آمده با گستره ترکیبNa2O.SiO2تاNa2O.4SiO2راسیلیکاتهای سدیممی‌خوانند. سیلیکات محلول کربنات سدیم که به نامشیشه آبی (انحلالپذیر در آب) نیز خوانده می‌شود، بطور گسترده‌ای در ساخت جعبه‌هایی با کاغذ موجدار وبه عنوانچسبکاغذبکار می‌رود.
مصرف دیگر آن در ایجاد حالت ضد آتش است. انواعقلیایی‌تر آن به عنوان شوینده‌های لباسشویی و مواد کمکیصابونهابکارمی‌رود.
شیشه آهک سوددار
این نوع شیشه %95 کل شیشه تولید شده را تشکیل می‌دهد و ازآن ، برای ساخت تمام انواعبطری‌ها،شیشهتخت، پنجره خودروها و سایر پنجره‌ها ، لیوان و ظروف غذاخوری استفاده می‌شود. در کیفیت فیزیکی تمام انواع شیشه‌های تخت ، نظیر همواری و نداشتن موج و پیچ ، بهبودکلی حاصل شده، اماترکیب شیمیاییتغییر زیادی نکرده است. اصولاترکیب شیمیایی در گستره زیر قرار می‌گیرد:
SiO2 از %70 تا %74 ، CaO از %8 تا %13 ،Na2O از %13 تا %18.
فراورده‌هایی که ایننسبتها را دارند، در دماهای نسبتا پایین‌تری ذوب می‌شوند. در تولید شیشه بطری ، بخشعمده پیشرفت از نوع مکانیکی است. در هر حال ، تجارت نوشابه‌ها ، سبب ایجاد گرایشیدر بین شیشه سازان برای تولید ظروف شیشه‌ای باآلومینوآهکزیاد وقلیائیت کمشده است. این نوع شیشه با دشواری بیشتری ذوب می‌شود، اما دربرابرموادشیمیاییمقاومتر است.
رنگ شیشه بطری‌ها بدلیل انتخاب بهتر و تخلیصموادخامو استفاده ازسلنیمبه عنوانزنگ‌زدابسیار بهتر از قبل است.
شیشه سربی
با جانشین شدناکسید سرببه جایاکسید کلسیمدرشیشه مذاب ،شیشه سربیبدست می‌آید. این شیشه‌ها بدلیل برخورداری ازضریبشکستبالا و پراکندگی نور زیاد ، در کارهای نوری از اهمیت بسزایی برخوردارند. تاکنون میزانسربموجود در شیشه را به %92نیز رسانده‌اند.
درخشندگی یکبلورتراش داده شده خوببدلیل مقدار زیاد سرب در ترکیب آن است. مقدار زیادی از این شیشه برای ساخت حبابلامپهای برق ، لامپهای نئون و رادیوترونها بدلیلمقاومتالکتریکیبالای آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیشه برای ایجاد حفاظ دربرابر پرتوهایاتمینیز مفید است.
شیشه بوروسیلیکاتی
شیشه بوروسیلیکاتی، معمولا حاوی حدود 10 تا 20درصدB2O2، حدود 80 تا 85 درصدسیلیسو کمتراز 10 درصدNa2Oاست. این نوع شیشه دارای ضریب انبساط کم ،مقاومت فوق‌العاده زیاد در برابر ضربه ، پایداری عالی در برابر مواد شیمیایی ومقاومت الکتریکی بالاست.
ظروف آزمایشگاهی ساخته شده از این شیشه ، تحت نامتجارتیپیرکسفروخته می‌شود. با این حال ، درسالهای اخیر نام پیرکس برای اجناس شیشه‌ای بسیاری که ترکیب شیمیایی دیگری دارند (مانند شیشه آلومین _ سیلیکات در ظروف شیشه‌ای مناسب برای پخت و پز) نیز بکارمی‌رود. مصارف دیگر شیشه‌های بوروسیلیکاتی علاوه بر ظروف آزمایشگاهی عبارت است ازواشرها و عایقهای فشار قوی ، خطوط لوله و عدسی تلسکوپها.
شیشه‌های ویژه
شیشه‌های رنگی و پوشش‌دار ، کدر ، شفاف ، ایمنی ، شیشهاپتیکی ، شیشه فوتوکرومیکی و سرامیکهای شیشه‌ای ، همه شیشه‌های ویژه هستند. ترکیبتمامی این شیشه‌ها بر طبق مشخصات محصول نهایی موردنظر تغییر می‌کند.
الیاف شیشه‌ای
الیاف شیشه‌ای از ترکیبات ویژه‌ای که در برابر شرایط جویمقاوم هستند، ساخته می‌شوند. سطح بسیار زیاد این الیاف سبب می‌شود تا آنها نسبت بههمه رطوبت موجود در هوا آسیب پذیر باشند. مقدار سیلیس (حدود %55) و قلیایی موجود دراین شیشه پایین است
اجزای اصلی تشکیل دهنده شیشه
با نگاه بهجدولعناصر، کمتر عنصری را می‌توان یافت که از آن شیشه بدست نیاید، ولی سه مادهکربنات دو سود،سنگ آهکوسیلیس، مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می‌باشند. مواد شیشه ساز مورد تایید موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران عبارتند ازسیلیس (SiO2) ،دی‌اکسید بور (B2O3) ،پنتا اکسید فسفر (P2O5) که از هر کدام بتنهایی می‌توان شیشه تهیهنمود.
گدازآورها
کربنات سدیم (Na2CO3) ،کربناتپتاسیم (K2CO3) وخرده شیشه،سیلیکات سدیم و پتاسیم (Na2SiO3 , K2SiO3) کهحاصل ترکیب سیلیس با گدازآورها می‌باشند، در آب حل می‌شوند و از شفافیت شیشه بهتدریج کم می‌کنند. به همین علت است که اغلب شیشه‌های مصرف شده در گلخانه پس از چندسال کدر می‌شوند ونوراز آنها بخوبی عبورنمی‌نماید.
تثبیت کننده‌ها
برای آنکه مقاومت شیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم،باید اکسیدهای دو ظرفیتیباریم،سرب،کلسیم،منیزیمورویبه مخلوط اضافه کنیم کهبه این عناصر ،ثابت کنندهمی‌گویند.
1. فیزیکی:سولفات سدیم (Na2SO4) ،کلرات سدیم (NaClO3). با ایجاد حباب‌های بزرگ حباب‌های کوچک را جذب و ازشیشه مذاب خارج می‌کنند.
2. شیمیایی:املاحآرسنیکوآنتیموانترکیباتی ایجاد می‌کنند که حباب‌های کوچک داخل شیشه را از بینمی‌برند.
تا اینجا به موادی اشاره کردیم که عدم وجودشان ، در مواداولیه باعث از بین رفتن مرغوبیت کالا می‌شد. حال به چند ماده دیگر که به نوعی درتولید شیشه سهیم هستند، اشاره می‌کنیم.
افزودنیها
1. استفاده ازبوراکسبه جای اکسید وکربنات سدیم (گدازآور) که دراثر حرارت بهNa2OوB2O3تجزیهمی‌شود و در واقع بجای هر دو ماده عمل می‌کند.
2. استفاده ازنیترات سدیمNaNo3برای از بین بردن رنگسبز شیشه (ناشی ازاکسید آهنکه همراه مواد دیگر وارد کوره می‌شود).
3. استفاده ازاکسید منگنزکه باعث مقاومت بیشتر در مقابل عوامل جوی وشفاف‌تر شدن شیشه می‌شود.
4. استفاده ازاکسید سربPH3O4 , PbO به جایCaOبرای ساختن شیشه‌های مرغوب بلور و کریستال که باعث درخشندگی شیشهمی‌شوند.
5. برای ساختن کریستال مرغوب ازاکسید نقرهاستفاده می‌کنند.
6. استفاده ازفلدسپارکه باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شیمیایی می‌شود.
7. برای اینکه شیشه در برابراسید فلوئوریدریکهم مقاوم باشد، ترکیباتی ازفسفاتبه آن می‌افزایند.
8. استفاده ازخرده شیشهکه به ذوب مواد سرعت بیشتری می‌دهد.
9. استفاده ازاکسید فلزاتبرای تهیه شیشه‌های رنگی.
10. اکسید سزیمبرای جذب اشعه زیر قرمز و اکسید بر برای ازدیاد مقاومتحرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دو نمونه از عناصر تشکیلدهنده که عمومیت بیشتری دارند، در زیر ذکر میگردد.
· ترکیبات(1):اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 74 تا 80 درصد و بقیه شاملپراکسید سدیم (NaO2) تا 15 درصد واکسید کلسیم 7 تا 12 درصداکسیدمنیزیم 2 تا 4 درصد و 2 درصد هم عناصر دیگر مانندFe2O3 - MnO - Al2O3 - TiP2 - SiO3.
· ترکیبات (2):اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 73 درصد ،اکسید سدیم 15 درصد ،اکسیدکلسیم 5.55 درصد ،اکسید منیزیم 3.6 درصد ،اکسید آلومینیوم 1.5 درصد ،اکسید بور (B2O3) واکسیدپتاسیم( K2O) هر کدام 0.4 درصد ،اکسید آهن (Fe2O3) واکسید سیلیسیم 6 ظرفیتیSiO3هر کدام 0.3 درصد.
علاوه بر مواد فوق همیشه مقداریخرده شیشه نیز با این مواد وارد کوره میگردد.
انواع شیشه و کاربرد آنها
شیشه به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ساخت لوازم تزیینی مانند گل ، تابلو و غیره در ساختن ظروف آزمایشگاهی و یا ظروفآشپزخانه مانند لیوان ، بطری و غیره و بالاخره در ساختن شیشه‌های مسطح که در دو نوعساده ومشجرعرضه میگردد و مصارف مختلفی دارد کهعمده ترین کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است که به شکلهایمختلف اعم از شیشه‌های شفاف ، نیمه شفاف و رنگی ، جاذب حرارت ،ایمنی،دوجداره،سکوریتو... وجود دارد.
شیشه رنگی
به دو طریق می‌توان شیشه رنگی بدست آورد.
1. با افزودن و کم کردن بعضی مواد شیمیایی در مصالح اولیه تهیه شیشه. برای نمونهاکسیدهای مسیبه شیشه رنگهای مختلف قرمز می‌دهد و رنگ آبی پر رنگ بوسیلهاکسید کبالتبدست می‌آید. رنگ زرد با افزودن مقداریاکسید اورانیوموکادمیومحاصل می گردد.
2. شیشه سفید را در شیشه مذاب رنگی فرو می‌کنند تا دو روی آن رنگی شود. شیشه‌هایرنگی در ویترین مغازه‌ها ، نمایشگاهها ، آزمایشگاهها و ساختمانهای صنعتی بکارمی‌روند.
شیشه ضد آتش (پیرکس)
همراه مواد اولیه این شیشه‌ها در مقابل حرارت ،مقاومت زیادی دارند، مقدار زیادیاکسید بوریکبکار می‌رود وسیلیسآنها از انواع شیشه‌های معمولی بیشتر است. معمولا از آنها به عنوان ظروف آزمایشگاهو آشپزخانه و یا در جلوی بخاری‌های دیواری و اجاقها استفاده می‌نماید.
شیشه دوجداره (مضاعف)
این نوع شیشه‌ها ، از دو لایه ساده و گاهی رنگی کهبه موازات یکدیگر قرار گرفته‌اند و لبه‌ها یا درزهای آنها هوابندی شده است و فضایبین آنها با مواد خشک کننده‌ای مانندسیلیکاژل، پُر و یا در بعضی از مواردبین دو لایه ، خلاء ایجاد می‌شود. این نوع شیشه که عایق گرما ، سرما و صداست، دربسیاری از ساختمانها مانند فرودگاهها ، هتل‌ها و بیمارستانها بکار می‌رود.
شیشه سکوریت
در این حالت ، شیشه مجددا تا حدود 700 درجه سانتی‌گراد حرارتداده و بعد بطور ناگهانی و تحت شرایط خاص و کنترل شده‌ای سرد می‌شود. این عمل باعثافزایش مقاومت شیشه (حدود 3 الی 5 برابر) در مقابل ضربه و نیز شوکهای حرارتیمی‌گردد. این شیشه‌ها در صورت شکستن ، به ذرات ریز و مکعب شکل تقسیم می‌شوند کهآسیب رسان نیستند. از این نوع شیشه در ویترین فروشگاهها ، درهای شیشه‌ای وپنجره‌های جانبی اتومبیلها استفاده میگردد.
شیشه انعکاسی (بازتابنده)
در این نوع شیشه‌ها ، یک سطح شیشه با یک پوششمنعکس کننده نور و حرارت از جنس فلز یا اکسید فلزی دارای این خاصیت پوشانده می‌شود. این نوع شیشه‌ها ، نور خورشید را منعکس می‌کنند و در کاهش حرارت و درخشندگی نورموثر هستند. اگر در روشنایی روز از بیرون به شیشه انعکاسی نگاه کنیم مشاهده می‌کینمکه تصاویر اطراف را مانندآینهباز می‌تاباند واگر از داخل به بیرون نگاه کنیم، شیشه کاملا شفاف خواهد بود. شبها پدیده مذکوربرعکس است. یعنی شیشه از خارج شفاف و از داخل مانند آینه است.
این شیشه بامنعکس نور خورشید ، حرارت ناشی از تابش نور خورشید را بطور قابل ملاحظه‌ای کاهشمی‌دهد و در نتیجه ، باعث صرفه جویی در هزینه‌های احداث ، راه اندازی و نگهداریسیستمهای تهویه و تبدیل می‌شود
دانلود فیلم جالب از شیشه خودرو تولید شده به روش نانو تکنولوژی
برای شما دو فیلم بسیار جالب از شستن شیشه خودرو ساخته شده باروش فناوری نانو قرار داده ام. توجه داشته باشید در فیلم اول فقط قسمتی از شیشه خودرو با فناوری نانو و قسمت دیگر از شیشه های معمولی ساخته شده است . امیدواریم مورد رضایت شما قرار گیرد . تفاوت را تماشا کنید.
حجم فیلم:980 کیلوبایت
زمان: 40 ثانیه
http://www.texfa.ir/images/upload_f2.png برای دانلود فیلم اول کلیک کنید.
توصیف:
سطح شیشه بر خلاف ظاهر آن کاملا صاف نمی باشد. بنابراین وقتی آب و یا هر آلودگی دیگری بر روی آنها بریزد به راحتی به سطح شیشه می چسبد و آلودگی از این طریق ایجاد می گردد. با نانو کردن ، سطح شیشه کاملا صاف می گردد و سطح صاف اجازه ماندگاری آلوده کننده ها را نمی دهد. آلودگیها با آب ترکیب و بدون دخالت هیچ ماده دیگری از روی شیشه سر می خورند.
حجم فیلم:1.3 مگا بایت
زمان: 37 ثانیه
http://www.texfa.ir/images/upload_f2.pngبرای دانلود فیلم دوم کلیک کنید.
توصیف:
شیشه هایی که با استفاده از فن آوری نانو ساخته می شوند اجازه می دهند که آلودگی ها با آب ترکیب شوند و به این وسیله بدون دخالت هیچ ماده دیگری از روی شیشه سر بخورند. این مواد همچنین مانع از رسوب نمکها بر روی سطوح شیشه می شوند. همچنین این مواد به وسیله آب، مواد پاک کننده و یا فشار فیزیکی از سطح شیشه جدا نمی شوند. این محصول نانو تضمین می کند که از وضوح شیشه ها و همچنین شفافیت آنها کاسته نشود. نگهداری این شیشه ها نیز بسیار ساده و کم هزینه است. اگر بوسیله میکروسکوپ به سطح شیشه نگاه کنیم می بینیم که سطوح شیشه ای کاملا صاف نمی باشند، بنابراین وقتی که آب و یا هر آلودگی دیگری بر روی آنها بریزد به راحتی می چسبد. فرورفتگیهای میکروسکوپی در سطح شیشه و نشست ذرات گردوغبار و ترکیب آنها با آب و چربیها می باشد. ماده نانوئی با قرار گرفتن بر روی سطح شیشه ، باعث پوشش فرورفتگی ها شده و سطح شیشه کاملا مسطح میگردد. از اینرو مانع از کثیف و خیس شدن سطح می شود و در نتیجه با یک بار بارش باران و یا آب ریختن بر روی سطح تمامی کثیفی آن از بین می رود.
http://www.dorgoonenano.ir/images/shishe1/image52.png
دیدگاه علمی
باید توجه کنید که این ماده یک لایه نیست که بر روی سطوح کشیده شود، بلکه تغییر شیمیایی در سطح مولکولی می باشد، که از آلوده شدن سطوح جلوگیری می نماید. این ترکیب آبگریز، نمیگذارد تا آب و یا هر ذره دیگری بر روی سطح شیشه و یا سرامیک بنشیند. این ماده بسیار نازک و شفاف است و اصلا قابل مشاهده به وسیله چشم نیست و در نتیجه سطوح شفاف مانند شیشه ها و لنزهای دوربین نیز به وسیله آن به راحتی محافظت می شوند. این ذرات نانو بر روی مولکولهای سطوح می چسبند و مانع از نفوذ هر نوع ماده دیگر بر روی سطح می شوند. می بینید که آب هرگز بر روی سطوح آغشته شده بوسیله این ماده نمی ایستد، بنابراین اگر جسمی بر روی این سطوح بنشیند تنها با ریختن آب بر روی سطح و یا باریدن باران پاک خواهد شد.
مزایای استفاده از ماده نانو بر شیشه خودرو:
پس زدن آب از روی شیشه خودرو.
پاک شدن گل و لای بوسیله آب باران.
پاک شدن شیشه خودرو در زیر باران.
عدم رسوب گرفتن شیشه اتومبیل.
عدم رؤیت توسط چشم.(وضوح دید را کاهش نمی دهد)
پایدار نمودن شیشه خودرو در برابر فرسایش.
ممانعت از خوردگی شیشه توسط هوا.
جلوگیری از رشد قارچ ها.
سهولت در پاکیزگی.
صرفه جویی در آب و مواد پاک کننده.
مقاومت حرارتی بالا تا حدود 400 درجه سانتی گراد.
برای بدن مضر نمی باشد و مسموم کننده نیست.
