شیشه‌ رنگی

هنر و علم شیشه های رنگی

چکیده: این مقاله جامع به بررسی تاریخچه، خواص، روش های تولید و کاربردهای شیشه های رنگی می پردازد. کلمات کلیدی متمرکز بر روی عبارتند از “شیشه رنگی”، مثال های متعدد نشان می دهد که چگونه رنگ آمیزی شیشه های معمولی را با مزایای زیبایی، نوری، حرارتی و امنیتی منحصر به فرد به شیشه تبدیل می کند.

معرفی

شیشه های رنگی به سادگی شیشه ای است که برای دستیابی به ظاهری تیره رنگ به آن اضافه شده است. بر خلاف شیشه های رنگی، که در آن رنگدانه ها در حین ساخت به ماتریس شیشه ای ذوب می شوند، رنگ ها به عنوان پوشش های سطحی یا ورقه های ورقه ای اعمال می شوند (1). رنگ آمیزی نه تنها ظاهر شیشه را تغییر می دهد، بلکه خواص فیزیکی آن را نیز تغییر می دهد. رنگ آمیزی شیشه مدرن در اوایل قرن بیستم پدیدار شد و به سرعت گسترش یافت زیرا معماران به مزایایی که برای ساختمان ها ارائه می کرد پی بردند . امروزه شیشه های رنگی در مقیاس وسیع تولید می شوند و در همه چیز از عینک آفتابی گرفته تا آسمان خراش ها استفاده می شود.

در این مقاله به بررسی تاریخچه شیشه های رنگی می پردازیم و تفاوت آن را با شیشه های شفاف معمولی بررسی می کنیم. روش‌های مختلف برای تولید شیشه‌های رنگی برای کاربردهای مسکونی، تجاری، خودروسازی و سایر کاربردها بررسی شده‌اند. ما همچنین در مورد اصول علمی پشت این بحث می‌کنیم که چگونه رنگ‌های شیشه به‌طور انتخابی نور را فیلتر می‌کنند تا جلوه‌های رنگی ایجاد کنند، تابش خیره کننده را مسدود کرده و اجازه عبور نور را می‌دهند. شیشه رنگی هم فرم و هم عملکرد را ارائه می دهد.

تاریخچه شیشه های رنگی

افزودن رنگ‌ها به شیشه از زمان‌های قدیم مرسوم بوده و در اصل از ترکیباتی مانند آهن، مس، کبالت و طلا برای تولید رنگ‌های قرمز، آبی، سبز و زرد درخشان استفاده می‌شده است . با این حال، این شیشه رنگی همچنان برای عبور نور در نظر گرفته شده بود. تیره شدن عمدی شیشه برای حفظ حریم خصوصی، سایه یا زیبایی شناسی تنها در اواخر دهه 1800 و با افزایش مقیاس تولید شیشه به وجود آمد.

شیشه های رنگی اولیه اغلب از سلنیوم یا کربن برای دستیابی به رنگ رز کهربایی چشم نواز استفاده می کردند. نگرانی در مورد هزینه و سمیت باعث شد تا سازندگان شیشه تا دهه 1930 به سمت رنگهای معدنی مصنوعی روی بیاورند . عینک های رنگی طبیعی مانند Aqua از ناخالصی های آهن نیز محبوب شدند. این رنگ‌های اولیه عمدتاً برای لمس‌های تزئینی مانند پنجره‌های ترانسوم بودند.

معماران پس از جنگ جهانی دوم به طور کامل از شیشه های رنگی استقبال کردند. سبک بین المللی معماری مستلزم نماهای شیشه ای گسترده بود، اما این امر مشکلاتی را با تابش خیره کننده و افزایش گرما ایجاد کرد. افزودن پوشش‌های خنثی خاکستری، برنزی یا بازتابنده این مسائل را تعدیل کرد و در عین حال زیبایی‌شناسی مدرن مطلوبی را ارائه داد . شیشه های رنگی به عنوان مشخصه ساختمان های مدرن اواسط قرن باقی مانده است.

رنگ آمیزی شیشه های امروزی نه تنها رنگ ها را ارائه می دهد، بلکه ویژگی هایی را که به دقت مهندسی شده اند برای برآوردن مشخصات عملکردی درخواستی ارائه می دهد . پوشش ها و لایه های میانی با فناوری بالا اکنون عملکردهای گسترده ای از پنجره های خود تمیز شونده گرفته تا لیموزین های ضد گلوله را امکان پذیر می کنند. شیشه های رنگی اکنون برای بهره وری انرژی، ایمنی، حریم خصوصی و راحتی در محیط ساخته شده بسیار مهم است.

روش های تولید شیشه های رنگی

چندین تکنیک برای اعمال رنگ و تغییر کیفیت های خاص شیشه وجود دارد:

– رنگ آمیزی بدن – افزودن مواد معدنی مانند آهن، سلنیوم، نیکل، کبالت به طور مستقیم به دسته شیشه مذاب باعث ایجاد رنگ در سراسر ضخامت مواد می شود. این بادوام ترین است اما کنترل رنگ کمتری را ارائه می دهد .

– پوشش‌های سطحی – پوشش‌های لایه نازک ساخته شده از فلزاتی مانند طلا یا اکسیدهای فلزی در طول ساخت شیشه برای ارائه رنگ‌آمیزی، کنترل خورشیدی و سایر عملکردها اعمال می‌شوند . امکان تنظیم آسان عمق رنگ را فراهم می کند.

– لایه های رنگی – قرار دادن یک لایه پلاستیکی رنگی شفاف بین شیشه های شیشه ای، رنگ های متنوع، امنیت و عایق صوتی را برای شیشه های چند لایه امکان پذیر می کند . در صورت آسیب دیدن آسان است.

– شیشه هوشمند – مواد الکتروکرومیک یا ترموکرومیک که به تغییرات ولتاژ یا دما واکنش نشان می دهند را می توان برای ایجاد رنگ آمیزی دینامیکی قابل تنظیم ترکیب کرد . کنترل فعال خورشیدی را فراهم می کند.

هر تکنیک برای موقعیت های مختلف مزایایی دارد. ترکیب روش هایی مانند رنگ آمیزی بدنه و پوشش های سطحی، به مهندسان اجازه می دهد تا لعاب هایی با خواص نوری و زیبایی شناسی بسیار تخصصی ایجاد کنند.

از فیلم‌های ضدآفتاب کهربایی گرفته تا رنگ آمیزی لیمویی مشکی جت، گزینه‌های امروزی برای شیشه‌های رنگی بسیار فراتر از تکنیک‌های اولیه دست‌رنگ هستند – بدون از دست دادن زیبایی‌شان.

علم پشت شیشه های رنگی

شیشه های رنگی اثرات بصری و فیزیکی خود را مدیون رفتار امواج نور است که با رنگ های مورد استفاده در تعامل هستند. افزودن عناصر خاص باعث می شود که شیشه ترجیحاً طول موج های انتخابی در طیف مرئی را جذب کند. این به شیشه یک رنگ کلی می دهد در حالی که اجازه عبور نور را می دهد .

آهن، یک عامل رنگی رایج، طول موج های آبی و سبز را به شدت جذب می کند و باعث می شود آن رنگ ها فیلتر شوند. طول موج های زرد باقیمانده از آن عبور می کنند و به شیشه رنگی زرد می دهند. مس قرمز و سبز را جذب می کند و در نتیجه مایل به آبی سرد می شود. عناصر دیگر اثرات زیتونی، برنزی، خاکستری و آینه ای ایجاد می کنند که مخلوط های طیفی مختلف را جذب یا منعکس می کند .

ترکیب شیشه پایه و شرایط پردازش دقیق نیز بر رنگ نهایی تأثیر می گذارد. شیشه های ضخیم تر به غلظت های بالاتری از ترکیبات رنگی نیاز دارند تا به همان عمق تن برسند. پوشش‌ها و لایه‌های میانی، قابلیت انتقال، بازتاب و جذب بیشتری را فراهم می‌کنند .

شیشه رنگی، علاوه بر تغییر نور مرئی، بر سایر تشعشعات الکترومغناطیسی مانند فرابنفش و مادون قرمز تأثیر می گذارد. فیلم های مسدود کننده مادون قرمز تیره به کاهش گرمای حاصل از نور خورشید کمک می کنند. پوشش های انعکاسی با تابش کم، انتقال حرارت تشعشعی را به حداقل می رساند. رنگ های مدرن با دقت مهندسی شده به عنوان فیلترهای تابشی انتخابی برای افزایش عملکرد شیشه عمل می کنند .

ظرفیت انتقال نور در حالی که همزمان فیلتر می شود، به شیشه رنگی غنای زیبایی و کاربرد کاربردی می دهد که با سایر مصالح ساختمانی قابل مقایسه نیست.

کاربردهای شیشه های رنگی

به لطف تطبیق پذیری، شیشه های رنگی و روکش شده اکنون کاربردهای گسترده ای دارد:

– معماری – شیشه های رنگی به طور گسترده در ساختمان های مدرن برای یکسان سازی فضاهای داخلی و خارجی استفاده می شود. شیشه های دینامیکی همچنین به کنترل بارهای حرارتی و تابش خیره کننده کمک می کنند .

– خودرو – لعاب خصوصی تیره و فیلم های ضد آفتاب بازتابنده راحتی را فراهم می کند و از فضای داخلی محافظت می کند و در عین حال از شکل منحنی پشتیبانی می کند .

– عینک – لنزهای رنگی و پلاریزه، فشار چشم را در شرایط روشن کاهش می دهند و در عین حال بینایی را تقویت می کنند .

– لوازم خانگی – شیشه های رنگی و درهای فرها، نمایشگرها و سایر دستگاه ها اجزای داخلی را می پوشانند .

– امنیت – لمینیت های مقاوم در برابر گلوله و ضد انفجار با لایه های میانی رنگی از تهدیدات فیزیکی محافظت می کنند و در عین حال دید را حفظ می کنند .

از آسمان‌خراش‌های شیک گرفته تا صفحه‌نمایش گوشی‌های هوشمند گرفته تا زیردریایی‌ها، شیشه‌های رنگی با کیفیت‌هایی متفاوت از درام گرفته تا احتیاط را در بر می‌گیرد. هدف تحقیقات در حال انجام این است که لعاب‌های کروموژنیک به هر موقعیت یا حالتی پاسخگو باشند.

نتیجه

شیشه های رنگی از لحاظ تزئینی به مواد بسیار مهندسی شده مرکزی برای معماری و طراحی پیشرفت کرده است. لعاب اصلاح شده رنگی چه برای بیانات بصری جسورانه و چه برای کنترل ظریف خورشیدی استفاده شود، انتخابی محبوب باقی می ماند. ظرفیت رنگ‌آمیزی برای تغییر نور از طریق تکنیک‌ها و نانومواد جدید در حال تکامل است. با این حال، جذابیت اصلی در شیشه‌ای نهفته است که هم نمایش می‌دهد و هم پنهان می‌کند – هنر ممکن در شیمی صنعتی و فیزیک را آشکار می‌کند. از شیشه های رنگی باستانی گرفته تا پنجره های هوشمند آینده نگر، شیشه های رنگی جذابیت همیشگی خود را حفظ می کنند.

منابع

Yam, V. and Bremner, T. (2019). Glass Tinting: Principles and Applications. Construction Materials Journal.
Bull, C. (2017). Midcentury Modern Glass Houses and the Birth of Tinted Windows. Arch. History Quarterly.
Salimbeni, R. (2018). A History of Glass Colorants. Intl. J. for Glass Science.