نسل جدید شیشه‌های نشکن نازک‌تر و مقاوم‌تر

از بین رفتن شیشه‌ها آن هم تنها در عرض چند ثانیه همواره از مهم‌ترین نگرانی‌های سازندگان ساختمان‌ها بوده است. وقوع زمین لرزه‌ای را تصور کنید که در نتیجه آن شیشه هزاران پنجره شکسته و فرو می‌ریزد که هر یک خود به هزاران لبه تیز و مرگبار تبدیل می‌شوند. از آن بدتر زمانی است که شیشه‌ها در معرض وقوع انفجارهای مختلف قرار می‌گیرند. در چنین وضعیتی شیشه‌ها همچون پودر مرگباری در محیط پراکنده می‌شوند. این نگرانی‌ها موجب شده است تا همواره تلاش‌های مستمری در زمینه طراحی و ساخت شیشه‌های ضدضربه و مقاوم انجام گیرد. در این راستا گروهی از محققان در دانشگاه میسوری نسل جدیدی از شیشه‌ها را ساخته‌اند که در برابر عامل خطرناک و بالقوه‌ای همچون انفجار از ضریب مقاومت خیره‌کننده‌ای برخوردار است. این شیشه در مقایسه با سایر شیشه‌های موجود در بازار و ازجمله شیشه‌هایی که تحت عنوان شیشه نشکن ارائه می‌شوند، سبک‌تر و نازک‌تر بوده و از همه مهم‌تر در برابر امواج شدید انفجار مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد.

اما تفاوت اصلی این شیشه با سایر شیشه‌های نشکن موجود در بازار در چیست؟ شیشه‌های نشکن فعلی در حقیقت لایه پلاستیکی است که میان دو لایه شیشه فشرده شده است و غالبا بیش از نزدیک به 3 سانتی‌متر ضخامت دارند، اما محققان دانشگاه میسوری با توجه به نواقص و نکات منفی شیشه‌های نشکن فعلی تلاش کرده‌اند تا نسل جدید آنها را با کمترین نقص ممکن ارائه کنند. در این فناوری نوین به جای لایه فشرده شده پلاستیکی از ماده کامپوزیتی کاملا شفافی استفاده شده است که از فیبرهای شیشه‌ای تلفیق شده با پلاستیک ساخته شده است. نتیجه استفاده از این ماده دستیابی به شیشه نشکن جدیدی است که ضخامت به مراتب کمتری دارد. این شیشه جدید تقریبا به اندازه نصف شیشه‌های نشکن فعلی ضخامت داشته و از آنجا که جرم کلی شیشه به طرز قابل توجهی کمتر شده است، مواد به مراتب کمتری نیز برای تهیه آن مصرف شده و در کل با هزینه بسیار کمتری روانه بازار مصرف خواهد شد.

محققان برای تلفیق فیبرهای شیشه‌ای به این شیشه اهداف مختلفی را دنبال کرده‌اند که از آن جمله افزایش استحکام شیشه در برابر هرگونه ضربه و انفجاری است. برخلاف لایه پلاستیکی که در شیشه‌های نشکن فعلی دیده می‌شود، فیبر شیشه‌ای جدید محققان دانشگاه میسوری تنها 25 میکرون ضخامت دارد، یعنی تنها نصف ضخامت موی انسان. این ابتکار عمل موجب شده است تا در این شیشه جدید جایی برای شکل‌گیری ریزترک‌ها و حفره‌ها وجود نداشته باشد تا در آینده نیز احتمال خرد شدن آن تقریبا به صفر برسد. به گفته محققان استفاده از میان لایه شفاف کامپوزیتی موجب افزایش انعطاف‌پذیری شیشه شده است که مهم‌ترین نتیجه آن خرد نشدن در زمان بروز انفجارهای بسیار قوی است.

محققان این پروژه برای آزمایش فناوری نوین خود، دست به ابتکار عمل جالبی زدند. آنها تصمیم گرفتند تا ضریب مقاومت این شیشه را در برابر انفجارهای محدودی نظیر انفجار نارنجک و بمب‌های دست‌ساز مورد آزمایش قرار دهند. از این‌رو انفجاری با چنین قدرتی را در نزدیکی این شیشه انجام دادند و مشاهده کردند که گرچه صفحه کلی شیشه دچار ترک خوردگی‌هایی شد، اما در لایه کامپوزیتی آن هیچ حفره‌ای که به پرت شدن تکه شیشه‌ها منجر شود، ایجاد نشد. موفقیت‌های اولیه به دست آمده در آزمایش ابعاد کوچک این شیشه محققان را بر آن داشته است تا آن را با شیشه‌های بزرگ و استاندارد از حیث ابعاد نیز مورد آزمایش قرار دهند. آنها حتی در نظر دارند تا در آزمایشات آتی از مقادیر بیشتری از مواد انفجاری استفاده کنند.

بررسی‌ها نشان داده‌اند در جریان وقوع گردبادهای مخرب که همه ساله مناطق گسترده‌ای از آمریکا و کشورهای دیگر را در می‌نوردند، سهم قابل توجهی از تلفات جانی و آسیب‌های وارد شده به افراد صرفا ناشی از خرد شدن و پرتاب شیشه ساختمان‌ها می‌شود. اکنون محققان پروژه فوق‌الذکر بر این باورند که این شیشه حتی در برابر وزش گردبادهای مخرب نیز از ضریب مقاومت بالایی برخوردار است.

این پروژه با حمایت‌های قابل توجه وزارت امنیت داخلی آمریکا همراه بوده است و در این راستا بودجه تحقیقاتی 250 هزار دلاری از سوی بخش علوم و فناوری این وزارتخانه به آن اختصاص یافته است. به گفته محققان یکی از نقاط قوت این فناوری نوین استفاده از لایه میانی شفاف است. استفاده از این لایه هیچ تأثیری در شفافیت شیشه ندارد و این درحالی است که برخی نمونه‌های شیشه‌های نشکن فعلی از این نظر دچار ضعف‌هایی هستند. این لایه کامپوزیتی در عین حال پیوستگی ساختاری سراسر شیشه را افزایش داده و آن را به یکی از ایمن‌ترین بخش‌های ساختمان در زمان وقوع حوادثی از قبیل زمین لرزه و حتی وقوع انفجار تبدیل می‌کند.

چندی پیش مطالعه‌ای درخصوص عدم استفاده از شیشه‌های نشکن مرغوب در ساختمان‌‌سازی برخی کشورهای جهان انجام شده بود که بر اساس آن بالابودن قیمت تولید این شیشه‌ها از مهم‌ترین فاکتورهایی بوده است که سازندگان ساختمان‌ها را از استفاده از این شیشه‌ها منع می‌کند، اما با توجه به کاهش نزدیک به 50 درصدی در استفاده از مواد اولیه برای این شیشه جدید، این فاکتور عملا حذف شده است و از این‌رو کارشناسان پیش بینی می‌کنند استفاده از این شیشه بزودی در سراسر دنیا همه‌گیر شود. در حال حاضر بسیاری از منتقدان بر این باورند که در نمای ظاهری ساختمان‌ها نباید از ساختارهای شیشه‌ای استفاده کرد. البته استفاده نمایشی هرچند نقش قابل توجهی در کاهش وزن کلی ساختمان و هزینه‌های ساخت و ساز آن دارد، اما در مواقع وقوع انفجار و زمین‌لرزه‌ها می‌تواند به بروز خطرات زیادی برای رهگذران منجر شود. عمده شیشه‌های نشکن فعلی نیز به دلیل وزن زیاد و قیمت بالا معمولا راهی به نمای ساختمان‌ها پیدا نمی‌کنند، اما استفاده از شیشه نشکن جدید محققان دانشگاه میسوری این امیدواری را ایجاد کرده است تا استفاده از شیشه‌های نشکن سبک و نه چندان گران قیمت در نمای ظاهری ساختمان‌ها لطمه‌ای به امنیت آنها وارد نکند.

زهرا شفاعت
منبع: Gizmag