شیشے کا بنیادی علم

شیشے کی ساخت

شیشے کی فزیکو کیمیکل خصوصیات کا تعین نہ صرف اس کی کیمیائی ساخت سے ہوتا ہے بلکہ اس کی ساخت سے بھی گہرا تعلق ہوتا ہے۔ شیشے کی ساخت، ساخت، ساخت اور کارکردگی کے درمیان اندرونی تعلق کو سمجھ کر ہی، کیمیائی ساخت، تھرمل ہسٹری کو تبدیل کرکے یا کچھ جسمانی اور کیمیائی علاج کے طریقوں کا استعمال کرکے شیشے کے مواد یا مصنوعات کو پہلے سے طے شدہ فزیک کیمیکل خصوصیات کے ساتھ بنانا ممکن ہوسکتا ہے۔

شیشے کی خصوصیات

شیشہ بے ساختہ ٹھوس کی ایک شاخ ہے، جو ٹھوس میکانکی خصوصیات کے ساتھ ایک بے ساختہ مواد ہے۔ اسے اکثر "سپر کولڈ مائع" کہا جاتا ہے۔ فطرت میں، ٹھوس مادے کی دو حالتیں ہیں: اچھی حالت اور غیر اچھی حالت۔ نام نہاد غیر پیداواری حالت ٹھوس مادے کی وہ حالت ہے جو مختلف طریقوں سے حاصل کی جاتی ہے اور ساختی خرابی کی خصوصیت رکھتی ہے۔ شیشے والی حالت ایک قسم کا غیر معیاری ٹھوس ہے۔ شیشے میں موجود ایٹموں کا کرسٹل کی طرح خلا میں طویل فاصلے تک ترتیب دیا گیا انتظام نہیں ہوتا ہے، لیکن وہ مائع کی طرح ہوتے ہیں اور ان میں مختصر فاصلے کا ترتیب دیا جاتا ہے۔ شیشہ ایک خاص شکل کو ٹھوس کی طرح برقرار رکھ سکتا ہے، لیکن اپنے وزن کے نیچے بہنے والے مائع کی طرح نہیں۔ شیشے والے مادوں میں درج ذیل اہم خصوصیات ہیں۔

(1) آئسوٹروپک شیشے والے مواد کے ذرات کی ترتیب فاسد اور شماریاتی اعتبار سے یکساں ہے۔ لہذا، جب شیشے میں کوئی اندرونی دباؤ نہیں ہوتا ہے، تو اس کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات (جیسے سختی، لچکدار ماڈیولس، تھرمل ایکسپینشن گتانک، تھرمل چالکتا، اضطراری انڈیکس، چالکتا، وغیرہ) تمام سمتوں میں یکساں ہوتی ہیں۔ تاہم، جب شیشے میں تناؤ ہوتا ہے، تو ساختی یکسانیت تباہ ہو جائے گی، اور شیشہ انیسوٹروپی دکھائے گا، جیسے کہ واضح نظری راستے کا فرق۔

(2) میٹاسٹیبلٹی

شیشے کے میٹاسٹیبل حالت میں ہونے کی وجہ یہ ہے کہ شیشہ پگھلنے کی تیز رفتار ٹھنڈک سے حاصل ہوتا ہے۔ ٹھنڈک کے عمل کے دوران viscosity میں تیزی سے اضافے کی وجہ سے، ذرات کے پاس کرسٹل کی باقاعدہ ترتیب بنانے کے لیے وقت نہیں ہوتا، اور نظام کی اندرونی توانائی سب سے کم قیمت پر نہیں ہوتی، بلکہ میٹاسٹیبل حالت میں ہوتی ہے۔ تاہم، اگرچہ شیشہ زیادہ توانائی کی حالت میں ہے، لیکن کمرے کے درجہ حرارت پر اس کی زیادہ چپکنے کی وجہ سے یہ بے ساختہ مصنوعات میں تبدیل نہیں ہو سکتا۔ صرف بعض بیرونی حالات کے تحت، یعنی ہم شیشے والی حالت سے کرسٹل کی حالت تک مواد کی ممکنہ رکاوٹ کو دور کر سکتے ہیں، کیا شیشے کو الگ کیا جا سکتا ہے۔ لہذا، تھرموڈینامکس کے نقطہ نظر سے، شیشے کی حالت غیر مستحکم ہے، لیکن حرکیات کے نقطہ نظر سے، یہ مستحکم ہے. اگرچہ اس میں کم اندرونی توانائی کے ساتھ کرسٹل میں خود کو جاری کرنے والی حرارت کو تبدیل کرنے کا رجحان ہے، لیکن کمرے کے درجہ حرارت پر کرسٹل حالت میں تبدیل ہونے کا امکان بہت کم ہے، لہذا شیشہ میٹاسٹیبل حالت میں ہے۔

(3) کوئی مقررہ پگھلنے کا نقطہ نہیں۔

شیشے والے مادے کی ٹھوس سے مائع میں تبدیلی ایک مخصوص درجہ حرارت کی حد (ٹرانسفارمیشن درجہ حرارت کی حد) میں کی جاتی ہے، جو کرسٹل مادے سے مختلف ہوتی ہے اور اس کا کوئی مقررہ پگھلنے کا نقطہ نہیں ہوتا ہے۔ جب کوئی مادہ پگھلنے سے ٹھوس میں تبدیل ہوتا ہے، اگر یہ کرسٹلائزیشن کا عمل ہے، تو نظام میں نئے مراحل بنیں گے، اور کرسٹلائزیشن کا درجہ حرارت، خصوصیات اور بہت سے دوسرے پہلو اچانک تبدیل ہو جائیں گے۔

جیسے جیسے درجہ حرارت کم ہوتا ہے، پگھلنے کی viscosity بڑھ جاتی ہے، اور آخر میں ٹھوس شیشہ بنتا ہے۔ استحکام کا عمل وسیع درجہ حرارت کی حد میں مکمل ہوتا ہے، اور کوئی نیا کرسٹل نہیں بنتا ہے۔ پگھلنے سے ٹھوس شیشے میں منتقلی کی درجہ حرارت کی حد شیشے کی کیمیائی ساخت پر منحصر ہے، جو عام طور پر دسیوں سے سینکڑوں ڈگریوں میں اتار چڑھاؤ کرتی ہے، اس لیے شیشے کا کوئی مقررہ پگھلنے کا نقطہ نہیں ہے، بلکہ صرف نرم کرنے والی درجہ حرارت کی حد ہوتی ہے۔ اس رینج میں، شیشہ آہستہ آہستہ viscoplastic سے viscoelastic میں تبدیل ہوتا ہے۔ اس پراپرٹی کی بتدریج تبدیلی کا عمل اچھی پروسیسبلٹی کے ساتھ شیشے کی بنیاد ہے۔

(4) جائیداد کی تبدیلی کا تسلسل اور الٹ جانے کی صلاحیت

شیشے والے مواد کی پگھلنے والی حالت سے ٹھوس حالت میں جائیداد کی تبدیلی کا عمل مسلسل اور الٹنے والا ہے، جس میں درجہ حرارت کے علاقے کا ایک حصہ ہے جو پلاسٹک ہے، جسے "تبدیلی" یا "غیر معمولی" خطہ کہا جاتا ہے، جس میں خصوصیات میں خاص تبدیلیاں ہوتی ہیں۔

کرسٹلائزیشن کی صورت میں، خصوصیات بدل جاتی ہیں جیسا کہ وکر ABCD، t میں دکھایا گیا ہے۔ یہ مواد کا پگھلنے والا نقطہ ہے۔ جب شیشہ سپر کولنگ سے بنتا ہے، تو عمل بدل جاتا ہے جیسا کہ abkfe وکر میں دکھایا گیا ہے۔ T شیشے کی منتقلی کا درجہ حرارت ہے، t شیشے کا نرم کرنے والا درجہ حرارت ہے۔ آکسائیڈ شیشے کے لیے، ان دو قدروں کے مطابق viscosity تقریباً 101pa·s اور 1005p·s ہے۔

ٹوٹے ہوئے شیشے کی ساخت کا نظریہ

"شیشے کا ڈھانچہ" خلا میں آئنوں یا ایٹموں کی ہندسی ترتیب سے مراد ہے اور وہ ساخت جو شیشے میں بنتی ہے۔ شیشے کی ساخت پر تحقیق نے بہت سے شیشے کے سائنسدانوں کی محنت اور دانشمندی کو عملی جامہ پہنایا ہے۔ شیشے کے جوہر کو سمجھانے کی پہلی کوشش جی ہے۔ تمن کا سپر کولڈ مائع مفروضہ، جس کے مطابق شیشہ سپر کولڈ مائع ہے، شیشے کے پگھلنے سے ٹھوس بننے کا عمل صرف ایک جسمانی عمل ہے، یعنی درجہ حرارت میں کمی کے ساتھ، حرکی توانائی میں کمی کی وجہ سے شیشے کے مالیکیول آہستہ آہستہ قریب آتے ہیں۔ ، اور تعامل کی قوت بتدریج بڑھتی ہے، جس سے شیشے کی ڈگری میں اضافہ ہوتا ہے، اور آخر کار ایک گھنے اور فاسد ٹھوس بنتا ہے۔ مادہ بہت سے لوگوں نے بہت کام کیا ہے۔ جدید شیشے کی ساخت کے سب سے زیادہ بااثر مفروضے ہیں: پروڈکٹ تھیوری، رینڈم نیٹ ورک تھیوری، جیل تھیوری، فائیو اینگل سمیٹری تھیوری، پولیمر تھیوری وغیرہ۔ ان میں شیشے کی بہترین تشریح پروڈکٹ اور بے ترتیب نیٹ ورک کا نظریہ ہے۔

کرسٹل تھیوری

رینڈل نے 1930 میں شیشے کی ساخت کا کرسٹل نظریہ پیش کیا، کیونکہ کچھ شیشوں کا ریڈی ایشن پیٹرن اسی ساخت کے کرسٹل سے ملتا جلتا ہے۔ اس کا خیال تھا کہ شیشہ مائیکرو کرسٹل لائن اور بے ساختہ مواد سے بنا ہے۔ مائیکرو پروڈکٹ میں باقاعدہ جوہری ترتیب اور بے ساختہ مواد کے ساتھ واضح حد ہوتی ہے۔ مائیکرو پروڈکٹ کا سائز 1.0 ~ 1.5nm ہے، اور اس کا مواد 80% سے زیادہ ہے۔ مائکرو کرسٹل لائن کی واقفیت خراب ہے۔ سلیکیٹ آپٹیکل شیشے کی اینیلنگ کا مطالعہ کرتے ہوئے، لیبیڈیف نے پایا کہ شیشے کے ریفریکٹیو انڈیکس کے وکر میں 520 ℃ درجہ حرارت کے ساتھ اچانک تبدیلی آئی ہے۔ اس نے اس رجحان کی وضاحت 520 ℃ پر شیشے میں کوارٹج "مائکرو کرسٹل لائن" کی یکساں تبدیلی کے طور پر کی۔ لیبیڈیو کا خیال تھا کہ شیشہ بے شمار "کرسٹلز" پر مشتمل ہے، جو مائیکرو کرسٹل لائن سے مختلف ہیں، "کرسٹل" سے بے ساختہ خطے میں منتقلی مرحلہ وار مکمل ہوتی ہے، اور ان کے درمیان کوئی واضح حد نہیں ہے۔