تاریخچهی شیشه رنگی یا معرق شیشه (stained glass) به دوران قرون وسطا باز میگردد اما قبل از آن بهتر است تا نگاهی به تاریخچهی پیدایش شیشه داشته باشیم. شیشه از جمله نتایج و محصولات کشف آتش و هنر استفاده از آن بوده و درواقع چیزی جز حاصل ادغام و همجوشی سنگها نیست: ترکیبی از شن، جوش شیرین (سدیم اکسید)، و آهک (کلسیم اکسید) که در دماهای بسیار بالا ذوب شدهاند. استفاده از شیشه در ابتدا فقط محدود به جوانب تزيینی بوده و سپس از آن برای ساخت ظروف نیز استفاده شد. اما کاربرد شیشه به عنوان مادهای اساسی، امروزه فراتر رفته و از آن حتی برای مشاهدهی کوچکترین موجودات تا دورترین ستارهها نیز استفاده میشود و درواقع جزئی جدایی ناپذیر از زندگی را تشکیل میدهد.
مقالهی مرتبط: جام لیکرگوس: نانوتکنولوژی در روم باستان
در دهه ۱۳ میلادی اروپاییان برای اولین بار موفق به ساخت شیشه رنگی شدند که باعث ایجاد تحولی عظیم در صنعت شیشه شد . اولین کاربردهای استفاده از این شیشهها نیز، استفاده آنها در ساخت پنجره های کلیسایی بود چرا که در آن دوران ساخت شیشه های منقوش با طرحهایی از کتاب مقدس از اهمیت زیادی برخوردار بود و به ایجاد فضایی روحانی و نورانی در کلیسا کمک میکرد.
قبل از قرن سیزدهم، از خاصیت ویژهی برخی عناصر در جذب نور، برای تولید اولین شیشههای رنگی استفاده میشد. برای مثال، شیشهگران قرون وسطایی دریافته یودند که افزودن اکسید کبالت به شیشه در حین ذوبشدن، با جذب طول موجهای قرمز طیف و عدم جذب طول موجهای آبی باعث ایجاد رنگ آبی میشود. این رنگها به مرور زمان و توسط آزمون و خطا طی افزودن مواد گوناگون به شیشه کشف شده و بدینوسیله طیف عظیمی از رنگها ایجاد شد.
در طی چنین آزمون و خطاهایی و در قرن سیزدهم، رنگدانهی دیگری به شکل رنگ نقره کلرید یا سولفید به درون شیشه افزوده شد. اما در اصل میتوان ادعا کرد که این رنگدانه، تنها رنگ واقعی موجود در شیشه رنگی تا آن زمان است. شیشهگران بعد از افزودن رنگ نقره به شیشه، آن را در کوره حرارت میدادند. طی این کار، یونهای نقره به درون ساختار شیشه نفوذ کرده و به جای قرارگرفتن در سطح شیشه، مانند رنگها و پوششها، درون شبکهی شیشه معلق میماند. این کار، آغاز استفادهی ناآگاهانهی شیشهگران قرون وسطایی از نانوتکنولوژی بوده که نتایج شگفتانگیزی را نیز به بار آورده است.
رنگ نقره، بسته به ترکیب رنگ، ترکیب شیشه، دمای کوره، و رنگ پسزمینهی شیشه، از زرد کمرنگ تا قرمز پررنگ تغییر میکند که راهی عالی درجهت ایجاد تمام رنگهای موردنیاز برای تصویرسازی با شیشه محسوب میشود. همچنین درصورت استفاده از ذرات نقره در شیشه با پسزمینهی آبی، رنگهای آبی آسمانی و سبز را نیز میتوان تولید کرد.
شیشهگران قرون وسطایی همچنین دریافته بودند که با افزودن ذرات کلریدطلا به شیشهی ذوبشده نیز میتوان شیشههای رنگی قرمز ایجاد کرد. این فرآیند باعث ایجاد ذرات نانومتری طلا در ساختار شیشه میشد. نانوذرات طلا همانند تمام مواد نانومقیاس، خواص ماکرومتری خود را از دست داده و ویژگیهای جدیدی کسب میکنند که نشاندهندهی علت عدم درخشش این ذرات مانند طلای معمول است. الکترونهای موجود در سطح نانوذرات، با ارتعاش هماهنگ خود به جلو و عقب، نور آبی و زرد را جذب میکنند. اما نور قرمز با طول موج طولانیتر، از سطح ذرات بازتابیده، از شیشه عبور کرده و به چشم میرسند که علت ایجاد رنگ قرمز یاقوتی است.
شیشه رنگی و خاصیت فوتوکاتالیستی
برای قرنهای متمادی، مردم تنها از جنبهی هنری و زیباییشناختی این آثار به همراه عمر طولانی آنها باخبر بوده و آنها را تمجید میکردهاند. اما ویژگیهای حیرتآور این شیشهها به اینجا ختم نمیشود. این آثار هنری درواقع به علت وجود کاتالیستهای نانوساختاری طلا، خاصیت تهویهی هوای فتوکاتالیکی نیز دارند. ذرات ریز طلا، که انرژیشان دربرخورد با نور خورشید افزایش یافته، قادر به از بین بردن آلودهکنندههای هوا مانند VOCها هستند. VOCها اغلب از اسباب و اساسیهی جدید به آهستگی آزاد شده و عامل بوی به اصلاح «نوبودن» آنها هستند. این مواد همراه با متانول و کربن مونوکسید، حتی درمقادیر بسیار کوچک نیز برای سلامت مضر هستند.
ذرات طلا در صورت ریزبودن، در زیر نور خورشید بسیار فعال میشوند. میدان الکترومغناطیسی نور خورشید میتواند با نوسانات الکترونهای ذرات طلا هماهنگ شده و ایجاد رزونانس نماید که در نهایت منجر به افزایش صد برابری میدان مغناطیسی نانوذرات طلا میشود. این افزایش میدان قادر به از بین بردن آلوده کنندههای موجود در هوا میباشد. این تکنولوژی خورشیدی بوده و از نظر صرفهجویی در مصرف انرژی نیز بسیار کارآمد است.