கண்ணாடி

மால்டவைட். இது பொகீமியாவில் விண்கல் தாக்கத்தினால் உருவான இயற்கைக் கண்ணாடி.

இங்கிலாந்தின் வைசிலி கார்டன் என்னும் இடத்திலுள்ள நவீன பசுங்குடில் (greenhouse). மிதப்புக் கண்ணாடியால் ஆனது.

தெளிவான கண்ணாடியாலான மின்விளக்கு

கண்ணாடி என்று பொதுவாகக் குறிப்பிடும்போது இது, சாளரங்கள், போத்தல்கள், மூக்குக் கண்ணாடிகள் போன்றவற்றின் உற்பத்தியில் பயன்படுவதும்; கடினத்தன்மை கொண்ட, உடையக்கூடிய, ஒளியை ஊடுசெல்ல விடக்கூடிய, பளிங்குருவற்ற திண்மமுமான பொருளொன்றைக் குறிக்கிறது. தொழில்நுட்ப அடிப்படையில், கண்ணாடி என்பது குளிர்ந்து பளிங்காகாமல் திண்மமாகிய கனிமப் பொருட் கலவை ஆகும். பெரும்பாலான கண்ணாடிகள் சிலிக்காவை முக்கிய கூறாகவும், கண்ணாடி உருவாக்கியாகவும் கொண்டுள்ளன. அறிவியல் அடிப்படையில் கண்ணாடி என்பது நெகிழிகள், பிசின்கள், பிற சிலிக்காவைக் கொண்டிராத பளிங்குருவற்ற திண்மங்கள் போன்ற எல்லாப் பளிங்குருவற்ற திண்மங்களையும் குறிக்கப் பயன்படுவதுண்டு. இது தவிர மரபு வழியான உருக்கும் நுட்பங்கள் தவிர்ந்த வேறு முறைகளையும் கவனத்துக்கு எடுத்துக் கொள்வது உண்டு. எனினும், கண்ணாடி அறிவியல் கனிம பளிங்குருவற்ற திண்மங்களை மட்டுமே உள்ளடக்குகின்றது. கரிம பளிங்குருவற்ற திண்மங்கள் பல்பகுதிய அறிவியல் துறையுள் அடங்கும்.

கண்ணாடி இன்று பல்வேறு அறிவியல் துறைகளிலும், தொழில் துறைகளிலும் முக்கிய பங்காற்றுகின்றது. இதன் ஒளியியல் இயல்புகளும், பிற இயற்பியல் இயல்புகளும் இதனைத் தட்டைக் கண்ணாடி, கொள்கலக் கண்ணாடி, ஒளியியல் மற்றும் ஒளிமின்னணுவியல் சார்ந்த பொருட்கள், சோதனைச்சாலைக் கருவிகள், வெப்பக்காவலிகள், வலிதாக்கல் கண்ணாடி இழைகள், கலைப் பொருட்கள் போன்றவற்றுக்கு உகந்த பொருளாக ஆக்குகின்றது.^[1][2][3]

இது இன்று ஒரு முக்கியமான கட்டிடப் பொருளாக விளங்குகிறது. கண்ணாடி கிறித்துவுக்கு முன் 4000 ஆண்டுகளிலேயே அறியப்பட்டிருந்ததாகக் கருதப்படினும், கட்டிடப் பொருள் என்ற அளவில் இதன் பயன்பாடு 18 ஆம் நூற்றாண்டுக்குப் பின்னரே குறிப்பிடத்தக்க அளவில் இருந்தது. கடந்த நூற்றாண்டிலேயே இது பெருமளவு வளர்ச்சி பெற்று இன்றைய நிலையை அடைந்ததெனலாம். கண்ணாடி, இன்றைய கட்டிடங்களில், நவீனத்துவத்தின் பிரதிபலிப்பாக விளங்குகிறது.

கண்ணாடியின் வரலாறு

பண்டைக்கால எகிப்தின் அகழ்வாராய்ச்சிகளில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட ஆபரணங்கள் செய்யப் பயன்பட்ட கண்ணாடி மணிகள் கிமு 2500 ஆண்டுகளுக்கு முற்பட்டவையெனக் கருதப்படுகின்றது. சிலிக்காக் கலவையினால் செய்யப்பட்ட சிறு அச்சுகளை உருகிய கண்ணாடிக்குள் தோய்த்து சிறு கண்ணாடிக் குவளைகள் செய்யும் முறை கிமு 1500ஐ அண்மித்த ஆண்டுகளில் உபயோகத்திலிருந்ததும் அறியப்பட்டுள்ளது. நீண்ட குழாய்களை உருகிய கண்ணாடிக் குழம்பினுள் தோய்த்து ஊதுவதன் மூலம் பல்வேறு பொருட்களைச் செய்யும் முறை கிமு 3ம் நூற்றாண்டின் நடுப்பகுதியில் பபிலோனியாவில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டதன் பின் கண்ணாடியில் பாத்திரங்கள் செய்வது இலகுவானது.

சுவீடனில் உள்ள 1742 ஐச் சேர்ந்த மிகப் பழைய வாயால் ஊதிச் செய்யப்பட்ட சாளரக் கண்ணாடி. நடுவில் உள்ள அடையாளம் ஊதுபவரின் குழாயினால் ஏற்பட்டது.

உரோமன் காலத்தைச் சேர்ந்த அரை அங்குலம் தடிப்புள்ள பெரிய கண்ணாடிப் பலகையொன்று அகழ்வாராய்ச்சிகளின் போது கண்டு கண்டுபிடிக்கப் பட்டுள்ளது. எனினும் மேற்பரப்பைத் தேய்த்து அவற்றை ஒளிபுகவிடும் கண்ணாடியாக மாற்றும் முறையை அவர்கள் அறிந்திராததால் இவ்வாறான கண்ணாடித் தகடுகளைப் பயன்பாட்டுக்குக் கொண்டுவர முடியவில்லை. 1700கள் வரை கண்ணாடித் தகடுகளைச் செய்யும் முறை வளர்ச்சிபெறவில்லை. 17 ஆம் நூற்றாண்டில், கண்ணாடிக் குழம்பை ஊதும் முறையைப் பயன்படுத்திச் சிறிய தகடுகளைச் செய்யும் முறையொன்றைப் பிரான்சு நாட்டில் உருவாக்கினார்கள். இதன்படி ஓரளவு பெரிதாக ஊதிய குமிழ்களை மீள இளகவைத்துச் சுழற்றுவதன் மூலம் வட்டமான கண்ணாடித் தகடுகள் உருவாகின. இவ்வாறு உருவாக்கப் பட்ட கண்ணாடித் தகடுகளே ஆரம்பகாலக் கண்ணாடி யன்னல்களில் பயன்படுத்தப்பட்டன. வட்டக் கண்ணாடிகளிலிருந்து சதுரமான அல்லது நீள்சதுரமான சிறிய தகடுகள் வெட்டப்பட்டன. கிடைக்கக் கூடிய கண்ணாடிகளின் அளவு சிறிதாக இருந்ததால் ஒரு யன்னலில் அல்லது கதவில் பல கண்ணாடித் தகடுகளைப் பொருத்தவேண்டியிருந்தது. இத்தகைய யன்னல்கள் இன்றும் "பிரெஞ்ச் யன்னல்"கள் என்றே அறியப்படுகின்றன.

மேற்படி முறையில் செய்யப்பட்ட கண்ணாடிகள் அளவிற் சிறியனவாக இருந்தது மட்டுமன்றி, பல குறைபாடுகளையும் கொண்டிருந்தன. குமிழை ஊதும்போது குழாய் பிணைக்கப்பட்டிருந்த இடமும், சுழற்றியபோது ஏற்பட்ட மையப்பகுதியைச் சுற்றி உருவாகிய வளையம் வளையமான அடையாளங்களும் கண்ணாடித் தகடுகளில் காணப்பட்டன. இத்தகைய கண்ணாடிகளைத் தேய்த்து மட்டமாக்கும் முறை பிரான்சில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பின்னர் மட்டமான ஓரளவு தெளிவான கண்ணாடிகளை உருவாக்கக் கூடியதாக இருந்தது. ஆனாலும் இவற்றின் விலை சாதாரண மனிதருக்கு எட்டாத உயரத்திலேயே இருந்தது.

19 ஆம் நூற்றாண்டின் முதற் காலாண்டில் முன்னரிலும் பெரிய கண்ணாடித் தகடுகளை உருவாக்கும், "உருளை முறை" என அறியப்பட்ட முறையொன்று பயன்பாட்டுக்கு வந்தது. இதிலும் ஊதலே அடிப்படையாக இருந்தாலும், குமிழை உதியபின் ஊசல் ஆடுவதுபோல் ஆட்டி நீளமான உருளைவடிவமாக ஆக்கப்பட்டது. இதனை இளக்கி இரண்டு அந்தங்களையும் வெட்டி நீக்கியபின்னர், நீளவாக்கில் வெட்டி விரிப்பதன் மூலம் தகடுகள் ஆக்கப்பட்டன. இவ்வாறு உருவாக்கப்பட்ட கண்ணாடித் தகடுகள் "உருளைக் கண்ணாடி"கள் எனப்பட்டன. பிரான்சில் முதலில் புழக்கத்துக்கு வந்த இம்முறை பிரித்தானியாவில் மேலும் விருத்தி செய்யப்பட்டது. இந்த முறையில் பிரித்தானியாவில் உற்பத்திசெய்யப்பட்ட கண்ணாடிகளைப் பயன்படுத்தியே புகழ்பெற்ற பளிங்கு அரண்மனை எனப்படும் கண்காட்சிகளுக்கான கட்டிடம் 1851 இல் கட்டப்பட்டது.

பின்னர் கண்ணாடி உற்பத்தி விரைவாக வளர்ச்சியடைந்தது. கண்ணாடியைச் சட்டகங்களில் உருக்கி வார்த்து உருளைகளால் உருட்டி மட்டமாக்கப்பட்டது. பின்னர் இரண்டு பக்கங்களையும் இயந்திரங்களிலிட்டுத் தேய்த்து மட்டமாக்கி, மினுக்கம் செய்யப்பட்டது. இது "பிளேட்" கண்ணாடி என வழங்கப்பட்டது. இதன் மூலம் ஓரளவு பெரிய கண்ணாடித் தகடுகளைச் செய்யக்கூடியதாக இருந்ததுடன், தெளிவான, நல்ல ஒளியியற் தன்மைகளுடன்கூடிய கண்ணாடிகளையும் பெறக்கூடியதாக இருந்தது.

உருக்கப்பட்ட கண்ணாடியைக் கொண்ட தொட்டியிலிருந்து, பல்வேறு மட்டங்களில் அமைக்கப்பட்ட உருளைகளினூடு இழுப்பதன் மூலம் தொடர்ச்சியாகக் கண்ணாடியை உருவாக்கும் முறை அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது. இவ்வாறு உருவாக்கப்பட்ட கண்ணாடி "இழுக்கப்பட்ட" கண்ணாடி எனப்பட்டது. இதன் மூலம் மிகவும் பெரிய கண்ணாடித் தகடுகளைச் செய்வது சாத்தியமானதெனினும், இதையும் தேய்த்து மட்டமாக்கவேண்டிய தேவை இருந்தது.

1960களின் ஆரம்பத்தில் இவ்வாறு தேய்த்து மட்டமாக்கவேண்டிய தேவையில்லாத கண்ணாடி உற்பத்திமுறையொன்று அறிமுகமானது. இது "மிதப்புக்" கண்ணாடி எனப்பட்டது. இதில் உருகிய கண்ணாடியை, உருகிய தகரத்தின் மீது மிதக்கவிடுவதன் மூலம் தொடர்ச்சியான மிகவும் நீளமான கண்ணாடித் தகடுகள் செய்யப்பட்டன. இந்த முறையில் கண்ணாடிகளின் இரண்டு பக்கங்களும் முதலிலேயே மட்டமாக இருப்பதனால் தேய்த்து மட்டமாக்கவேண்டிய தேவை கிடையாது. இது அறிமுகமானதிலிருந்து இன்றுவரை இதுவே கண்ணாடி உற்பத்தியின் நியமமாக இருந்துவருகின்றது.

கண்ணாடி உற்பத்தி

கண்ணாடி மூலப் பொருட்கள்

கண்ணாடி உற்பத்திக்குப் பயன்படும் முக்கிய மூலப் பொருளான குவாட்ஸ் மணல் (சிலிக்கா).

தூய சிலிக்கா (SiO₂), 10 பசுக்கால் செக்கன் பாகுநிலையில், 2300 °ச (4200 °ப) "கண்ணாடி உருகு நிலை"யைக் கொண்டது. தூய சிலிக்கா சில சிறப்புக் கண்ணாடித் தேவைகளுக்குப் பயன்படுகின்றது. ஆனால், சிலிக்காவுடன் பிற பொருட்களைச் சேர்ப்பதன் மூலம் உற்பத்தி முறைகளை எளிமையாக்கலாம். இவற்றுள் சோடியம் காபனேட்டும் (Na₂CO₃) ஒன்று. இது சோடாச் சுண்ணாம்புக் கண்ணாடியில் உருகு நிலையை 1500 °ச (2700 °ப) க்குக் குறைக்கின்றது. ஆனாலும், இது கண்ணாடியை நீரில் கரையக் கூடியது ஆக்குகிறது. இது விருப்பத்துக்கு உரியது அல்ல என்பதால், சுண்ணாம்புக்கல்லில் இருந்து பெறப்படும் கல்சியம் ஒட்சைட்டு (CaO), சிறிதளவு மக்னீசியம் ஒட்சைட்டு (MgO), அலுமீனியம் ஒட்சைட்டு போன்றவற்றைச் சேர்ப்பதன் மூலம் வேதியியல் உறுதிப்பாடு பெறப்படுகின்றது. இவ்வாறு பெறப்படும் கண்ணாடி, நிறை அடிப்படையில் சுமார் 70 தொடக்கம் 74% சிலிக்காவைக் கொண்டிருக்கும். இது சோடாச் சுண்ணாம்புக் கண்ணாடி எனப்படும். உற்பத்தியாகும் கண்ணாடிகளில் 90% ஆனவை சோடாச் சுண்ணாம்புக் கண்ணாடிகள் ஆகும்.

சோடாச் சுண்ணாம்புக் கண்ணாடிகள் உட்படப் பொதுவாக உற்பத்தி செய்யப்படும் கண்ணாடிகளுக்கு அவற்றின் இயல்புகளை மாற்றுவதற்காக வேறும் பல பொருட்களைச் சேர்ப்பது உண்டு. ஈயப் பளிங்குக் கண்ணாடி அல்லது தீக்கண்ணாடி எனப்படும் ஈயக் கண்ணாடிகள் அவற்றின் கூடிய முறிவுக் குணகம் காரணமாகக் கூடுதலாக ஒளிர்கின்றன. போரான் (boron) சேர்ப்பதன் மூலம் கண்ணாடிகளின் வெப்ப இயல்புகள், மின்னியல்புகள் என்பவற்றில் மாற்றங்களை ஏற்படுத்தலாம். பைரெக்ஸ் (Pyrex) எனப்படும் கண்ணாடி இத்தகையது. பேரியமும் கண்ணாடியின் முறிவுக் குணகத்தைக் கூட்டவல்லது. தோரியம் ஒட்சைட்டு கண்ணாடியின் முறிவுக் குணகத்தைக் கூட்டுவதுடன், ஒளிச் சிதறலையும் குறைப்பதால் முன்னர் தரமான கண்ணாடி வில்லைகளைச் செய்வதற்கு இதனைப் பயன்படுத்தினர். ஆனால் இச் சேர்வை கதிரியக்கம் கொண்டதால் தற்கால மூக்குக் கண்ணாடி வில்லைகளில் லந்தனம் ஒட்சைட்டு பயன்படுத்தப்படுகின்றது. அகச் சிவப்புக் கதிர்களை உறிஞ்சும் திறன் கொண்ட கண்ணாடிகளைச் செய்வதற்கு கண்ணாடிகளில் இரும்பு சேர்க்கப்படுகின்றது. செரியம்(IV) ஒட்சைட்டுச் சேர்ப்பதன் மூலம் புறஊதாக் கதிர்களை உறிஞ்சக்கூடிய கண்ணாடிகள் செய்யப்படுகின்றன.

மேலே குறிப்பிடப்பட்ட வேதிப் பொருட்களைத் தவிர மீள்பயன்பாட்டுக் கண்ணாடிகளையும் மூலப் பொருட்களுடன் சேர்ப்பது உண்டு. இது மூலப் பொருட்களைச் சேமிக்க உதவுவது மட்டுமன்றி உலைகளில் ஆற்றலைச் சேமிப்பதற்கும் உதவியாக உள்ளது. ஆனால், இவற்றில் இருக்கக்கூடிய மாசுப் பொருட்கள் உற்பத்திப் பொருட்களின் தரத்தைக் குறைப்பதுடன், கருவிகள் பழுதுபடுவதற்கும் காரணமாக அமையக்கூடும். கண்ணாடியில் இருக்கக்கூடிய குமிழிகளின் அளவைக் குறைப்பதற்கு சோடியம் சல்பேட்டு, சோடியம் குளோரைடு, அந்திமனி ஒட்சைட்டு என்பவை பயன்படுகின்றன.

சோடாச் சுண்ணாம்புக் கண்ணாடி உற்பத்தியில் "கலுமைட்டு" (calumite) என்னும் மூலப் பொருளும் பயன்படுத்தப்படுவது உண்டு. இது இரும்பு உற்பத்தித் தொழிற்சாலைகளில் துணை உற்பத்தியாகக் கிடைப்பது. கண்ணாடி போன்ற சிறு மணிகளாகக் காணப்படும் இப்பொருளில் சிலிக்கா, கல்சியம் ஒட்சைட்டு, அலுமினா, மக்னீசியம் ஒட்சைட்டு, சிறிய அளவில் இரும்பு என்பன உள்ளன.

சிலிக்கா இல்லாக் கண்ணாடிகள்

சிலிக்காவைத் தவிரப் பல வகையான கரிமச் சேர்வைகளில் இருந்தும், கனிமச் சேர்வைகளில் இருந்தும் கண்ணாடி செய்ய முடியும். இவற்றுள், நெகிழிகள், கரிமம், உலோகங்கள், காபனீரொட்சைட்டு, பொசுபேட்டுகள், போரேட்டுகள், சல்க்கோஜெனைட்டுகள், புளோரைட்டுகள், ஜேர்மனேட்டுகள், தெலுரைட்டுகள், அந்திமனேட்டுகள், ஆர்சனேட்டுகள், டைட்டனேட்டுகள், தந்தலேட்டுகள், நைத்திரேட்டுகள், காபனேட்டுகள் என்பன அடங்கும்.

கண்ணாடி இயற்பியல்

கண்ணாடியின் வரைவிலக்கணப்படி, அது உருகிய நிலையில் இருந்து சடுதியான வெப்பத்தணிப்பு மூலம் திண்மநிலைக்குக் கொண்டுவரப்பட வேண்டும். இதனால் கண்ணாடி பளிங்காகாமல் திண்மமாவதற்குப் போதிய அளவு விரைவாக மிகக்குளிர்ந்த திரவநிலைக்குக் கொண்டுவரப்படும். பொதுவாகக் கண்ணாடியின் கட்டமைப்பு அதன் பளிங்கு நிலையுடன் ஒப்பிடும்போது சிற்றுறுதி நிலையிலேயே இருக்கும்.

கண்ணாடியும், மிகைக்குளிர்ச்சியுற்ற நீர்மமும்

கண்ணாடி ஒரு பளிங்குருவற்ற திண்மம் என்பதேயன்றி நீர்மமாகக் கொள்ளப்படுவது இல்லை. கண்ணாடி ஒரு திண்மத்துக்கு உரிய எல்லாப் பொறிமுறை இயல்புகளையும் கொண்டுள்ளது. நீண்ட காலப்பகுதியில், கண்ணாடி பார்க்கக்கூடிய அளவுக்கு வழிந்தோடக் கூடியது என்னும் கருத்து சோதனை முறையிலோ, கோட்பாட்டு அடிப்படையிலான பகுப்பாய்வுகள் மூலமோ நிரூபிக்கப்படவில்லை. அன்றாட அனுபவங்களுக்கு ஏற்பக் கண்ணாடி இறுக்கமாக இருபதனால் பொது அறிவு நோக்கில் இதனை ஒரு திண்மமாகவே கொள்ள வேண்டும்.

இதற்கு முதல்வரிசை நிலை மாற்றம் இல்லாதிருப்பதால் கண்ணாடியை ஒரு நீர்மம் எனச் சிலர் கருதுகின்றனர். இந் நிலை மாற்றத்தின்போது சில வெப்பஇயக்கவியல் மாறிகளான கனவளவு, இயல்பாற்றல் (entropy), வெப்ப அடக்கம் (enthalpy) என்பன தொடர்ச்சியாகவே இருக்கின்றன. ஆனால், வெப்ப இயக்கவியல் மாறிகளான வெப்பக் கொள்ளளவு போன்றவை தொடர்ச்சியற்றவை ஆகக் காணப்படுவதால் கண்ணாடியின் நிலைமாற்ற வெப்பநிலையை ஒரு இரண்டாம் வரிசை நிலை மாற்றமாகக் கொள்ளமுடியும். இருந்தாலும், வெப்ப இயக்கவியலின் நிலைமாற்றக் கோட்பாடு கண்ணாடியின் நிலை மாற்றத்துக்கு முழுமையாகப் பொருந்துவதில்லை. இதனால் கண்ணாடி நிலை மாற்றத்தை உண்மையான வெப்பஇயக்கவியல் நிலை மாற்றமாகக் கொள்ள முடியாது.

பழைய கண்ணாடிகளின் நடத்தை

பழங்காலத்து சாளரக் கண்ணாடிகள் அடிப்பகுதியில் தடிப்புக் கூடியனவாக இருப்பது, நீண்ட காலத்தில் கண்ணாடி வழிந்தோடக் கூடியது என்னும் கருத்துக்குச் சான்றாக முன்வைக்கப்படுவது உண்டு. தொடக்கத்தில் அக் கண்ணாடித் தகடுகள் சீரான தடிப்புடன் இருந்தன என்றும் காலப்போக்கில் நீர்மங்களைப் போல் வழிந்ததால் அடிப்பகுதி தடிப்புக் கூடியதாக உள்ளது என்பதும் இதற்கான வாதம் ஆகும். ஆனால் அக்காலத்துக் கண்ணாடி உற்பத்தி முறை மூலம் சீரான தடிப்புள்ள கண்ணாடித் தகடுகளை உற்பத்தி செய்ய முடிவதில்லை. அக் கண்ணாடிகளைச் சாளரங்களின் சட்டங்களில் பொருத்தும்போது தடிப்பான பக்கம் அடிப்பகுதியில் இருக்கும்படி பொருத்துவது வழக்கம். சில சமயங்களில் கவனக் குறைவினால் தடிப்பான பக்கம் மேற்பகுதியிலோ அல்லது பக்கங்களிலோ இருக்கப் பொருத்தப் பட்டிருப்பதும் காணப்பட்டுள்ளது.

20 ஆம் நூற்றாண்டின் முற்பகுதியில், சாளரக் கண்ணாடிகள் பெரும்படியாக உற்பத்தி செய்யப்பட்ட போதும் இத்தகைய விளைவுகள் ஏற்பட்டன. உருகிய கண்ணாடி பெரிய குளிரூட்டும் மேசையில் ஊற்றப்பட்டுப் பரவ விடப்பட்டது இதனால் ஊற்றப்படும் இடத்தில் கண்ணாடி தடிப்புக் கூடியதாகக் காணப்பட்டது. பிற்காலத்தில் உற்பத்தி செய்யப்பட்ட மிதப்புக் கண்ணாடிகள் சீரான தடிப்புக் கொண்டவை.

மேற்கோள்கள்

1. Zallen, R. (1983). The Physics of Amorphous Solids. New York: John Wiley. pp. 1–32. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 978-0-471-01968-8.
2. Cusack, N.E. (1987). The physics of structurally disordered matter: an introduction. Adam Hilger in association with the University of Sussex press. p. 13. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 978-0-85274-829-9.
3. Scholze, Horst (1991). Glass – Nature, Structure, and Properties. Springer. pp. 3–5. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 978-0-387-97396-8.