Thủy tinh là một vật thể vô cùng đặc biệt do con người chế tạo và đã hiện diện trong đời sống cả ngàn năm nay. Nhiều tuổi đời như thế nhưng thủy tinh không “già”, không “cũ” mà vẫn “mới”, vẫn được khám phá [để sử dụng] trong đời sống hôm nay. Tạm hiểu là ta mới “biết” sơ sơ về thủy tinh nên tiếp tục nghiên cứu, tìm hiểu về vật thể ấy.

Trước khi biết chế tạo thủy tinh, con người đã từng sử dụng thủy tinh “thiên nhiên”, một loại thủy tinh xuất phát từ nham thạch, obsidian hay “volcanic glass”, do tro than từ núi lửa sau khi bùng cháy. Khi “nguội”, con người thu góp tro tàn. Các mảnh đá đen hay thủy tinh ‘thiên nhiên’ được cắt cứa, mài giũa để chế biến dao kiếm, mũi tên, nữ trang và tiền bạc.

Theo sử gia cổ La Mã Pliny, cư dân Phoenix đã chế tạo được thủy tinh tại vùng đất Syria tự 5,000 năm trước Công Nguyên. Tuy nhiên cổ vật bằng thủy tinh đào xới được tại vùng Eastern Mesopotamia và Ai Cập đã được định tuổi khoảng 3,500 năm trước Công Nguyên và những chai lọ thủy tinh được chế tạo ở đó khoảng 1,500 năm trước Công Nguyên. Vùng đất này được xem là nơi khởi thủy của kỹ nghệ chế tạo thủy tinh.

Sử gia ngày nay thì cho rằng con người khám phá ra cách chế biến thủy tinh sau những lần “thử nghiệm” với đất nung và kim loại vì tiền nhân thủa ấy đã biết dùng lửa để nấu thức ăn và sau đó chế tạo vật dụng bằng đất nung, kim loại … qua các lò nung có nhiệt độ cao. Từ kinh nghiệm ấy, con người pha trộn các nguyên liệu thiên nhiên mà chế tạo thủy tinh.

Thủa xa xưa vì thiếu phương tiện nên việc chế tạo thủy tinh vô cùng khó khăn. Trước khi biết kỹ thuật “thổi” thủy tinh thì người xưa dùng “khuôn” để chế tạo các vật dụng như chai lọ, bình đựng rượu. Mãi đến thế kỷ I trước Công Nguyên, người Syria phát huy ra ống thổi, blow pipe, nên việc chế tạo thủy tinh trở nên dễ dàng hơn và nhanh hơn, khởi đầu cho việc chế tạo thủy tinh nhiều hơn và phương cách chế biến đã lan truyền từ La Mã đến các thuộc địa của đế chế ấy. Vào thế kỷ X, thành Alexandria của Ai Cập đã trở thành trung tâm của ngành chế tạo thủy tinh. Ðến thế kỷ XIII-XIV thì thủy tinh hiện diện khắp các nhà thờ, lâu đài… dưới dạng kính màu trang trí cửa sổ lớn nhỏ.

Xem thêm:   Nị ăn cơm chưa?

Thủy tinh được chế biến từ các nguyên liệu thiên nhiên như cát (hay “quartz, tên hóa học là silica / silicon dioxide), soda ash (sodium carbonate) và limestone; các nguyên liệu này được pha trộn với nhau rồi đem nung chảy dưới một nhiệt độ rất cao và ta có một vật liệu mới: thủy tinh. Ở thể lỏng, thủy tinh được uốn nắn, nhất là ‘thổi” (thổi hơi vào ống dẫn để khối chất lỏng phồng lên như bong bóng) tạo hình thể của vật dụng; để nguội, thủy tinh trở thành thể đặc theo hình thể uốn nắn như chai lọ. Có thể nói rằng chế tạo thủy tinh là một trong những kỹ thuật lâu đời nhất của nền văn minh nhân loại.

Thủa trước, thủy tinh “lấy” màu sắc của nguyên liệu thiên nhiên dùng trong việc chế biến; màu vàng của cát, của đá … Ðến thế kỷ XV thì người thổi thủy tinh (glass blower) nổi tiếng tại Venice, ông Angelo Barovier, đã chế tạo được loại thủy tinh gần như trong suốt, cristallo. Từ vật dụng như chén dĩa, ly tách, vũ khí (dao, mũi tên), khi con người biết pha trộn màu sắc, thủy tinh hóa thân thành nữ trang và các tác phẩm nghệ thuật để trang trí làm đẹp cho cung điện, đền thờ. Ông George Ravenscroft, người Anh đã tìm ra cách pha chì (lead) vào việc chế biến thủy tinh, loại “thủy tinh hoàng gia” hay “crown glass” xuất hiện trong thế kỷ XVII và thế giới có những khung kính màu rực rỡ. Từ kỹ thuật, các tác phẩm bằng thủy tinh đã trở thành một nghệ thuật đặc thù.

Tại Huê Kỳ, xưởng chế tạo thủy tinh đầu tiên ra đời năm 1608 tại Jamestown, Virginia. Thế rồi dân dã [giàu có] cũng được xài những vật dụng thủy tinh giản dị nhưng nhiều màu sắc chế tạo bằng tay cho đến khi thủy tinh được chế tạo bằng máy móc trong những năm 1879. Một kỹ sư Huê Kỳ, ông Michael Owens đã lấy bằng sáng chế (patent) cỗ máy thổi thủy tinh đầu tiên vào năm 1904. Từ đó, kỹ thuật chế tạo thủy tinh nhiều màu sắc, hình dạng… được truyền bá khắp nơi.

Xem thêm:   Roma - La Mã

Trong những năm gần đây thấy những tấm kính màu trong các nhà thờ cổ, lâu đài xưa bị cong, bị lồi lõm, bị trầy xát … nên bá tánh truyền tai nhau rằng thủy tinh không phải là chất cứng rắn (thể đặc) mà là “chất lỏng chuyển dạng từ từ”; nghĩa là qua thời gian, vật thể bằng thủy tinh sẽ biến dạng. Thực ra, theo giáo sư Michael Cima, ngành Khoa Học Vật Liệu & Kỹ Thuật (Materials Science and Engineering) và cũng là sếp lớn của Glass Lab tại đại học MIT, thủy tinh là một vật thể rất bền bỉ ở nhiệt độ bình thường và nhất là khi không bị “vầy vò”, sờ mó nặng tay. Những dấu vết kể trên đã có sẵn khi vật thể ấy được chế tạo, không phải do “tuổi tác”.

Columbianite volcanic glass. nguồn: minerals-stones.com

Ngày trước, để chế tạo các miếng thủy tinh lớn, người ta “thổi” những bong bóng lớn, “ngắt” chúng khỏi ống thổi rồi trải rộng trên mặt phẳng khi thủy tinh còn nóng hổi và mềm; sau đó để nguội và cắt thành miếng theo kích thước. Do đó, trong các miếng thủy tinh có các “vẩn” bong bóng, đường cong, vạch thẳng … Ngày nay, từ thập niên 50 của thế kỷ trước, thủy tinh trong dạng nóng chảy được đổ vào khuôn; khi nguội, ta có những tấm thủy tinh đồng nhất, trong suốt và bằng phẳng.

Thủy tinh có thể thay đổi khi bị cọ xát, bị rạn nứt, bị hư hoại khi tiếp xúc với các hóa chất hoặc vật thể khác nhất là chất kềm, lime, thành phần của limestone, một trong các nguyên liệu chế biến thủy tinh, và nước [mưa]. Nước, nhiệt độ cao và một số hóa chất có thể “ăn” mòn thủy tinh hoặc gây rạn nứt. Khi dùng thủy tinh silicate để chế biến, vật dụng sẽ bền bỉ hơn, chịu được nhiệt độ cao hơn như loại thủy tinh pyrex, có thể đựng thức ăn trong tủ lạnh rồi bỏ vào lò nướng mà không bị rạn nứt. Tạm hiểu là ta nên đọc nhãn hiệu trên vật dụng xem có thể dùng trong lò nướng hay không (oven-safe).

Xem thêm:   Đại Tá Hoàng Cơ Lân – Kỷ niệm về đời lính dù

Tính chất bền bỉ của thủy tinh giải thích phần nào những tì vết trên các khung kính màu cổ xưa nghĩa là không phải vì thời gian / tuổi tác mà vì nước mưa, vì hóa chất… mà các khung kính màu xưa cũ bị biến dạng.

Dưới cái nhìn của các nhà lý hóa, thủy tinh là một chất liệu biến đổi theo nhiệt độ, thermodynamic. Khi nguội, thủy tinh “đặc” nhưng vì các tinh thể (crystalline) cấu kết không mấy chặt chẽ nên dễ vỡ, không cứng rắn như các vật liệu cũng có cấu trúc tinh thể khác như kim cương, [nước] đá và mật ong cô đặc. Cũng trong suốt, dễ vỡ nhưng một mảng thủy tinh lại bền bỉ hơn một mảng nước đá! Khi bị nung chảy, thủy tinh chuyển sang thể lỏng. Do đó, khoa học vật liệu gọi thủy tinh là ‘amorphous solid” hay “nonbinary material”.

Dù đã trải qua mấy ngàn năm, công thức chế biến thủy tinh vẫn không mấy thay đổi nhưng ngày nay với kỹ thuật tân tiến và các hóa chất mới, con người đã tìm ra nhiều hơn cách sử dụng thủy tinh, dùng như một vật liệu trong kỹ nghệ xây cất (cách nhiệt, cách âm), kỹ nghệ chế tạo màn hình (tivi, điện thoại, máy tính …) và các kỹ nghệ khác…

Thủy tinh trong suốt, bền bỉ và có thể tránh trầy xước. Theo ông Douglas Main, thủy tinh là một phát minh quan trọng nhất của loài người. Là một vật liệu thiết yếu trong việc chế tạo fiber optic (tiếng Việt là “cáp quang”?), chuyển dẫn các dữ liệu bằng ánh sáng với tốc độ 125 ngàn dặm/ giây qua “sợi” thủy tinh trong suốt với thể tích nhỏ hơn sợi tóc!

Từ các nguyên liệu thiên nhiên, con người chế tạo được thủy tinh, một vật thể. Cũng từ các nguyên liệu ấy cộng thêm một vài hóa chất [mới], thủy tinh trở thành một vật liệu không thể thiếu trong nhiều ngành kỹ nghệ. Nói giản dị là thủy tinh đến với đời sống con người nhưng chưa [sẵn sàng] đi, chưa sẵn sàng bị bỏ quên như các vật liệu xưa cũ!?

TLL