Fantastische brillen en waar ze te vinden zijn

Dit is het vierde artikel in onze verkenning van de materiële wereld van A Song of Ice and Fire, beter bekend bij ons als Game of Thrones. Je kunt de eerste drie artikelen in deze serie hier lezen.

Deze winter ging niet over sneeuw of ijs. Het ging over het zwarte materiaal dat in karrenvrachten van een eiland in de smalle zee kwam.

Drakenglas, noemde het gewone volk het. Het was zwart en puntig. Het was het favoriete wapen van de wildlingen.

Ondanks zijn kleur glansde het als metaal in de zon. Het had randen en plooien als steen, maar het verbrijzelde op de grond als ijs.

Die vriend van de Koning van het Noorden – de dikke, Sam noemden ze hem – had blijkbaar een blanke wandelaar met drakenglas gedood. Inmiddels wist elk kind ten noorden van de tweeling dat dit het enige was naast Valyrian Steel dat een blanke wandelaar kon doden.

Met de dood voor de deur was drakenglas de enige hoop voor de lange nacht.
De mannen spraken met verwondering over de diepe mijnen waar het vandaan kwam. Klein en groot glas glinsterde in de duisternis, genesteld als juwelen in de spleten van oude rotsen.

In de legendes van het gewone volk is drakenglas wat je krijgt als rotsen worden gesmolten door drakenvuur. Het oude Valyrian voor drakenglas is tenslotte ‘zīrtys perzys’ , wat zich letterlijk vertaalt naar 'bevroren vuur'. Is het dan een wonder dat het de doden nog een keer kan doden?

De maesters wisten echter wel beter. Het was niet de hitte van drakenvuur die de rots smolt, maar de vloeibare woede van vulkanen, bloedend uit oude wonden. Ze noemden het bij zijn echte naam:obsidiaan.

Bevroren vuur

We hebben misschien geen drakenglas, maar obsidiaan is een veel voorkomend vulkanisch glas dat in veel delen van de wereld wordt aangetroffen. In Naturalis Historia , geschreven in 77 na Christus, Plinius de Oudere schrijft dat '...onder de verschillende vormen van glas kunnen we obsidiaanglas rekenen, een substantie die erg lijkt op de steen gevonden door Obsidius ik n Ethiopië ’.

Het is niet bekend wanneer deze 'Obsidius' zijn ontdekking deed, maar de bril was in het algemeen al honderdduizenden jaren bekend in de tijd van Plinius. Er zijn zelfs objecten van obsidiaan ontdekt op archeologische vindplaatsen die dateren van 700.000 voor Christus, waardoor glas een van de vroegst geconstrueerde materialen is die de mens kent.

Tegelijkertijd werd glas pas veel recenter een huishoudelijk materiaal. Tijdens de middeleeuwen moest je naar een kerk gaan om de pracht van glas-in-lood te zien.

Tegenwoordig hebben we echter een explosie van verschillende soorten glas om ons heen. We drinken uit sodakalkglas. Wij dragen lenzen van Pyrex of flintglas. We kleden onze gebouwen aan met floatglas, crownglas en gelaagd glas. We verwarmen chemische reagentia in borosilicaatglas. Automotive brillen zijn gehard. Speciaal voor smartphones is chemisch versterkt glas, zoals Gorilla glas, ontwikkeld.

Er zijn brillen die in alle kleuren verkrijgbaar zijn en selectief transparant zijn in het elektromagnetische spectrum. Er is UV-glas en infrarood glas. Er is zelfs elektrochroom glas dat met een druk op de knop van kleur kan worden veranderd.

Natronkalk-silicaglazen

Technisch gezien is glas geen materiaal, maar een toestand van materie. Net zoals alle materialen vast, vloeibaar of gas kunnen zijn, kunnen veel materialen een glas zijn.

De meeste van onze glazen gaan uit van zand dat bij hoge temperatuur wordt gesmolten tot een vloeistof. Dit gesmolten zand is gemaakt om snel af te koelen - zo snel zelfs dat de moleculen in het materiaal geen tijd hebben om in de starre configuratie van een vaste stof te vallen. Het resultaat is een atomaire opstelling die tussen die van een vaste stof en een vloeistof ligt, zoals te zien is in de onderstaande afbeelding.

[a] De atomaire rangschikking in glas [b] Atomaire rangschikking in massief kwarts. Van Tom Husband, De zoete wetenschap van het maken van snoep

Kwarts (rechts te zien) bestaat uit een netjes gerangschikt zeshoekig rooster, terwijl glasachtig silica (links) rommelig en chaotisch is. Bijna alle elektrische, thermische en mechanische eigenschappen van glas komen uit deze structuur.

De uitdaging is echter dat zand pas rond de 1700 °C smelt, waardoor het duur en moeilijk te bewerken is. Door soda (natriumcarbonaat) toe te voegen, daalt het smeltpunt tot 1300 °C en ontstaat er een 'frisdrankglas'.

Dit glas is echter oplosbaar in water, waardoor het voor een groot aantal toepassingen onbruikbaar is. Denk aan ramen die oplossen in de regen!

De toevoeging van kalk lost dit probleem op door een chemisch stabiel mengsel te creëren. Dit type glas met circa 70% zand, 18% soda en 12% kalk (calciumoxide) wordt daarom natronkalk-silicaglas genoemd. Het is tegenwoordig het meest voorkomende type glas ter wereld en vormt het grootste deel van onze containers, ruiten, flessen en potten.

Kroonglas

Gesmolten glas is als kauwgom, in die zin dat het met warmte, lucht en de juiste apparatuur in elke vorm kan worden geblazen.

Het mondgeblazen ‘kroonglas’ was zeer populair voordat machines het glasblazen overnamen. Sommige van de legendarische glas-in-loodramen in middeleeuwse kathedralen zijn gemaakt van kroonglas.

Door lucht in een klodder gesmolten glas te blazen, zet het uit tot een holle bol of 'kroon'. De kroon wordt verwarmd en snel rondgedraaid, zodat deze plat wordt tot een plaat die vervolgens in rechthoeken wordt gesneden. Het draaien heeft onvermijdelijk tot gevolg dat de randen dunner zijn dan het midden. Dit is de reden waarom oude glas-in-loodramen aan de onderkant dikker zijn dan in het midden.

Hoogwaardige thermische bril

Typische natronkalkglazen zijn niet bestand tegen plotselinge temperatuurschommelingen. Als je kokend water in een glazen fles giet, zal deze hoogstwaarschijnlijk breken.

Het is gebleken dat het toevoegen van booroxide de thermische eigenschappen van glas verbetert terwijl de transparantie behouden blijft. Dit is van vitaal belang, bijvoorbeeld wanneer u een exotherme reactie in een reageerbuis moet observeren. Borosilicaatglas maakt observatie mogelijk zonder het gevaar van een chemische lekkage.

Tegenwoordig heeft de introductie van glaskeramiek geleid tot glas met uitstekende warmtegeleiding en thermische schokbestendige eigenschappen. Zo is de NEXTREMA glaskeramiek van Schott AG bestand tegen temperaturen tot 950 °C met een totale thermische uitzetting van minder dan 1%.

Onderstaande video demonstreert de hoge thermische schokbestendigheid van drie NEXTREMA lijn glaskeramieken:transparant, ondoorzichtig en doorschijnend. Een plaat van elk van deze NEXTREMA-glazen wordt in een oven verwarmd tot 350 °C. Daarna worden ze uit de oven gehaald en in koud water ondergedompeld. Een traditioneel glas breekt bij blootstelling aan zo'n extreme variatie in hitte. Het NEXTREMA glaskeramiek komt er echter ongeschonden uit zonder zichtbare sporen van hun gewelddadige verleden.

Glaskeramiek heeft kleine keramische insluitsels ingebed in een amorfe glasmatrix. De keramische insluitsels onderdrukken thermische uitzetting en zorgen voor een hoge warmtegeleiding die er samen voor zorgen dat deze materialen enorme temperatuurschommelingen kunnen weerstaan. Het totale volume van deze insluitsels is meestal minder dan een miljoenste van het totale volume, waardoor het glas optisch transparant blijft.

Lees voor meer informatie over glaskeramiek ons ​​speciale artikel, Glaskeramiek:eigenschappen, verwerking en toepassingen .

Bran ​​de bouwer tot Bran de gebroken

Net als de kinderen van het bos zijn we dus ver verwijderd van drakenglas. Net als de mensen van Westeros en Essos bouwen we steden met onze materialen en schilderen we ze met onze vreugden, zorgen en verlangens.

Met de miljoenen metalen, keramiek, glas, polymeren en composieten aan onze voeten van vandaag, zijn we niet de binnenwateren van de zeven koninkrijken. Wij zijn de erfgenamen van Valyria:een glorieus land vol magie en wonderen.
Als het verhaal dat begon met Bran ​​de bouwer eindigde met Bran ​​de gebroken , schrijven we voor onszelf een nog groter epos. Het eeuwenoude, steeds groeiende verhaal van onze materialen.

Ik werk op het snijvlak van het toepassen van machinaal leren en kunstmatige
intelligentie op een van de vroegste inspanningen van de menselijke beschaving:het begrijpen, exploiteren en ontwikkelen van nieuwe materialen.