خالص‌ترین شیشه نوری جهان را بشناسید!

به گزارش مجله خبری نگار/دیده بان ایران؛ بشر حدود ۴۰۰۰ سال است که شیشه می سازد. اما امروزه دانشمندان در حال توسعه تکنیک‌هایی هستند که جهان را متحول خواهد کرد و به «کشف قرن » خواهد انجامید.

در یک روز خنک ماه مارس در کارخانه شیشه «چیبا کوگاکو» واقع در شرق توکیو، آکیبا، مدیر این کارخانه و یکی از همکارانش از آخرین ساخته خود رونمایی کردند. در حالی که یک لیفتراک دیگ سفالی بزرگی را حمل می‌کرد، این دو مرد با شکستن این دیگ گلی، ماده‌ی سخت و درخشان درون آن را نمایان کردند. ماده‌ای که در آفتاب بعد از ظهر به رنگ‌ سرخ می‌درخشید. آکیبا از یکی از خالص‌ترین شیشه‌های نوری جهان معروف به «ای-۶» رونمایی می‌کرد.

خالص‌ترین شیشه نوری جهان

کارخانه «چیبا کوگاکو» بیش از پنجاه سال است که درون گلدان‌های سفالی شیشه می‌سازد. این تکنیک که قدمت آن به اوایل قرن نوزدهم بازمی‌‌گردد و توسط پیر-لوئیس گیناند، سازنده سوئیسی عدسی آغاز شده بود، به وسیله شرکت ژاپنی «Ohara Glass» در سال ۱۹۶۵ تکمیل شد. شیشه «ای-۶» که با انبساط حرارتی کم تولید می‌شود، اکنون به طور انحصاری توسط «چیبا کوگاکو» تولید می‌شود.

تولید یک گلدان ۸۰۰ لیتری حدود چهار ماه طول می‌کشد. یک ظرف سفالی دست‌ساز با مخلوطی شامل سیلیس، اکسید بور و اکسید آلومینیوم پر شده و تا دمای ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد گرم می‌شود. شیشه مذاب به مدت بیش از دو روز به طور مرتب هم زده می‌شود و سپس در یک محفظه با دمای کنترل شده قرار گرفته تا به مدت دو هفته به آرامی خنک شود.

سپس با شکستن محفظه سفالی برای برداشتن لایه بیرونی شیشه، تنها یک ماده خالص باقی می‌ماند. این ماده خالص دوباره ذوب می‌شود و به شکل‌های دقیقی در می‌آید که قادر به مقاومت در برابر دماهای شدید هستند. این خلوص و پایداری برای ساخت عدسی‌ تلسکوپ‌های بزرگ ضروری است.

بازار چنین ابزارهای گران قیمتی به قدری کوچک است که تمام «ای-۶» های تولید‌شده در چهل و دو سال گذشته تنها به یک مشتری تحویل داده شده است.

در حال حاضر بخش قابل توجهی از این تولید، یعنی ۱۲۲ تن، به یک پروژه جاه‌طلبانه اختصاص داده شده است که می‌تواند درک ما از جهان را تغییر دهد.

شیشه عنصری ۱۰۰٪ قابل بازیافت

«ای-۶» تنها یک نمونه از نحوه اختراع مجدد شیشه برای کشف مرزهای جدید است. این ماده در پنجاه سال گذشته پیشرفت تکنولوژیکی و صنعتی بیشتری را نسبت به هزاره قبل تجربه کرده است. در سال ۲۰۲۲، سازمان ملل برآن شد تا شیشه را به عنوان عنصر ۱۰۰٪ قابل بازیافت به رسمیت بشناسد تا به کشورها در دستیابی به اهداف توسعه پایدار تا سال ۲۰۳۰ کمک کند. این موضوع نشان از ورود به عصر جدیدی از شیشه است، جایی که دانشمندان از این ماده باستانی برای بهبود زندگی ما استفاده می‌کنند.

امروزه استفاده از شیشه آنقدر رایج است که تأثیر این عدسی‌های نوری بر تمدن اغلب فراموش می‌شود. کافیست زندگی را بدون بطری‌ها، ظروف پخت، آینه، پنجره، لامپ یا تلویزیون تصور کنید. حتی اگر در حال خواندن این مقاله در گوشی هوشمند خود هستید، به لطف صفحه نمایش لمسی شیشه‌ای خود بدان دست یافته‌اید.

تاریخ شیشه ای

بشر حدود ۴۵۰۰ سال است که زندگی خود را با شیشه عجین کرده است. قدیمی‌ترین مهره‌های شیشه‌ای در بین النهرین یافت شده است. مورخان معتقدند که شیشه به طور تصادفی در هنگام ساخت سرامیک یا فلز کشف شده است. یک لوح گلی بابلی که در عراق کشف شد، یکی از اولین دستور العمل‌های ساخت شیشه را با حروف میخی ثبت کرده است.

تقریبا تمام شیشه‌ها، از باستانی گرفته تا مدرن، حاوی مخلوطی از سیلیس، سودا و آهک هستند. آنچه ساخت شیشه را منحصر به فرد می کند، ایجاد وقفه‌ای در فرآیند تولید آن است. هنگامی که این مواد تا حدود ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد گرم می‌شوند، با فرآیند سرد شدن، اتم‌ها در یک پیکربندی تصادفی، ماتریسی کریستالی را تشکیل می‌دهند که در نهایت با ایجاد یک «جامد آمورف»، به ماده‌ای بین جامد و مایع تبدیل می‌شود که می‌تواند پیش از سخت شدن دوباره شکل بگیرد.

آلیسیا دوران، رئیس سابق کمیسیون بین‌المللی شیشه، با تاکید بر پایداری شیشه، آن را ماده‌ای معرفی می‌کند که می‌تواند بارها و بارها تولید و بازتولید و بازیافت شود.

شیشه های زیست‌ فعال برای سلامت بشر

در آزمایشگاه «کورنینگ»، تکنسین‌ها روی فرمول‌های شیشه‌ای جدید کار می‌کنند. کورنینگ که به خاطر همکاری‌های تاریخی خود با توماس ادیسون و نوآوری‌هایی مانند پیرکس و گوریلا گلس شناخته شده است، به تحقیقات خود ادامه می‌دهد.

شیشه زیست فعال یکی دیگر از نوآوری‌های مهم در این حوزه است. این شیشه که در سال ۱۹۶۹ کشف شد، با جایگزینی بخشی از سیلیس با کلسیم، نوعی پودر شیشه‌ای ایجاد می‌کند که می‌تواند به استخوان‌های شکسته متصل شده و روند بهبودی آنها را تسریع کند. جولیان جونز، از کالج امپریال لندن، بیست و پنج سال است که روی شیشه زیستی کار می‌کند و پتانسیل آن را برای درمان عفونت‌های استخوانی و آسیب‌های بافت نرم بررسی می‌کند. او همچنین یک پلیمر بیوگلاس با چاپ سه بعدی الاستیک برای بازسازی غضروف ابداع کرده است که امیدی برای بیماران آرتریت ایجاد می کند.

هیمانشو جین ازدانشگاه لیهای پنسیلوانیا، در مورد نقش شیشه‌ها در انرژی‌های تجدیدپذیر از ضرورت استفاده از آن‌ها در پانل‌های خورشیدی و پره‌های توربین‌های بادی می گوید. شیشه همچنین می‌تواند برای ایجاد پنجره‌هایی که انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند، استفاده شود.

تلسکوپ غول پیکر ماژلان، کشف قرن

تنها مشتری جهان برای «ای-۶»، یک ستاره شناس به نام راجر آنجل است که از آن برای ساخت بزرگترین آینه‌های تلسکوپ استفاده خواهد کرد. تلسکوپ غول پیکر ماژلان پس از تکمیل و نصب در بالای کوهی در صحرای آتاکامای شیلی، به دانشمندان این امکان را می دهد تا جزئیات کیهانی را که پیشتر قابل مشاهده نبود، شناسایی کنند.

اما اخترشناسان مدت‌هاست که از سنگین بودن و دست و پا گیرتر شدن تلسکوپ‌های بزرگ شکایت داشتند. راجر آنجل با استفاده از قالب‌های لانه زنبوری این مشکل را حل کرد و وزن عدسی را به میزان قابل توجهی کاهش و استحکام آن را افزایش داد. او و همکارانش همچنین راهی برای چرخاندن شیشه در حین ذوب آن ابداع کردند تا با یافتن شکلی مقعر، زمان لازم برای آسیاب و صیقل دادن آن را کاهش دهند.

راجر آنجل، ۸۳ ساله، اکنون در میان پروژه‌های پیشگامانه‌اش، قصد دارد آینه‌های انعطاف‌پذیری برای تمرکز نور خورشید و تولید گرمای لازم برای ساخت سیمان بسازد که می تواند ردپای کربن را برای ساخت این ماده ساختمانی ضروری کاهش دهد. او همچنین آرزوی ساخت یک رصدخانه در قطب جنوبی ماه را دارد.

با این حال، بلندپروازانه ترین پروژه وی تلسکوپ غول پیکر ماژلان است. تلسکوپی که قرار است در سال ۲۰۲۹ عملیاتی شود و به اخترشناسان اجازه می دهد تا اطلاعات دقیقی درباره سیارات دور، مانند دمای آنها و وجود گازهایی مانند متان و اکسیژن را جمع آوری کنند.

این ستاره شناس این کشف خود را «کشف قرن» می‌نامد.