Cermin

Latar Belakang

Dari catatan sejarah paling awal, manusia telah terpesona oleh refleksi. Narcissus diduga tersihir oleh bayangannya sendiri di genangan air, dan kekuatan sihir dianggap berasal dari cermin dalam dongeng. Cermin telah berkembang dari kolam reflektif dan permukaan logam yang dipoles ke kaca bening genggam dan cermin kamar mandi. Mereka telah digunakan dalam dekorasi interior sejak abad ke-17, dan permukaan reflektif pada mobil dan lobi hotel masih populer dalam desain modern. Cermin juga digunakan untuk tujuan praktis:memeriksa penampilan kita, memeriksa apa yang ada di belakang kita di jalan, membangun gedung pencakar langit, dan membuat instrumen penelitian ilmiah, seperti mikroskop dan laser.

Sifat cermin modern pada dasarnya tidak berbeda dengan genangan air. Ketika cahaya mengenai permukaan apapun, sebagian akan dipantulkan. Cermin hanyalah permukaan halus dengan latar belakang gelap mengkilap yang memantulkan dengan sangat baik. Air memantulkan dengan baik, kaca memantulkan dengan buruk, dan logam yang dipoles memantulkan dengan sangat baik. Derajat reflektifitas—berapa banyak cahaya yang dipantulkan dari permukaan—dan difusivitas permukaan—arah mana cahaya memantul dari permukaan—dapat diubah. Namun, perubahan ini hanyalah penyempurnaan. Secara umum, semua permukaan reflektif, dan karenanya, semua cermin, benar-benar memiliki karakter yang sama.

Cermin buatan manusia telah ada sejak zaman kuno. Cermin pertama sering kali berupa lembaran logam yang dipoles dan digunakan hampir secara eksklusif oleh kelas penguasa. Penampilan sering kali mencerminkan, dan dalam beberapa hal menentukan, posisi dan kekuasaan dalam masyarakat, sehingga permintaan akan kacamata tampak tinggi, demikian pula tuntutan akan peningkatan teknik pembuatan cermin. Perakitan—proses melapisi bagian belakang lembaran kaca dengan perak cair—menjadi metode paling populer untuk membuat cermin di tahun 1600-an. Kaca yang digunakan pada cermin awal ini sering melengkung, menciptakan riak pada gambar. Dalam beberapa kasus yang parah, gambar yang dipantulkan cermin ini mirip dengan yang kita lihat di cermin rumah yang menyenangkan hari ini. Teknik pembuatan kaca dan metalurgi modern memudahkan untuk menghasilkan lembaran kaca yang sangat rata dan dilapisi secara merata di bagian belakang, sehingga sangat meningkatkan kejernihan gambar. Namun, kualitas cermin tergantung pada waktu dan bahan yang dikeluarkan untuk membuatnya. Cermin dompet genggam mungkin memantulkan gambar yang terdistorsi, sementara cermin kamar mandi yang bagus mungkin tidak memiliki distorsi yang mencolok. Cermin ilmiah dirancang dengan hampir tidak ada ketidaksempurnaan atau kualitas distorsi apa pun.

Teknologi bahan secara drastis mempengaruhi kualitas cermin. Cahaya paling baik dipantulkan dari permukaan yang non-difusi, yaitu halus dan buram, daripada transparan. Setiap cacat dalam pengaturan ini akan mengurangi efektivitas cermin. Inovasi dalam pembuatan cermin telah diarahkan untuk meratakan kaca yang digunakan dan menerapkan lapisan logam dengan ketebalan yang seragam, karena cahaya yang merambat melalui ketebalan kaca yang berbeda pada bagian yang berbeda dari cermin akan menghasilkan gambar yang terdistorsi. Karena ketidakteraturan inilah beberapa cermin membuat Anda terlihat lebih kurus dan beberapa lebih gemuk dari biasanya. Jika bagian belakang logam pada cermin tergores atau tipis, kecerahan pantulannya juga tidak akan merata. Jika lapisannya sangat tipis, dimungkinkan untuk melihat melalui cermin. Ini adalah bagaimana cermin satu arah dibuat. Lapisan non-buram dilapisi di atas lapisan logam tipis dan hanya satu sisi cermin (sisi pemantul) yang menyala. Hal ini memungkinkan pemirsa di sisi lain, di ruangan yang gelap, untuk melihat melalui.

Bahan Baku

Kaca, komponen utama cermin, adalah reflektor yang buruk. Itu hanya memantulkan sekitar 4 persen dari cahaya yang mengenainya. Memang, bagaimanapun, memiliki sifat keseragaman, terutama ketika dipoles. Ini berarti bahwa kaca mengandung sangat sedikit lubang setelah dipoles dan akan membentuk dasar yang efektif untuk lapisan reflektif dari logam. Ketika lapisan logam diendapkan, permukaannya sangat rata, tanpa gundukan atau lubang. Kaca juga dianggap sebagai bahan yang baik untuk cermin karena dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk untuk cermin khusus. Lembaran kaca terbuat dari silika, yang dapat ditambang atau dimurnikan dari pasir. Kaca yang terbuat dari kristal silika alami dikenal sebagai kuarsa leburan. Ada juga kacamata sintetis, yang disebut sebagai silika leburan sintetis. Silika, atau kuarsa, dilebur ke suhu tinggi, dan dituangkan atau digulung menjadi lembaran.

Beberapa jenis kaca lain digunakan untuk cermin kelas ilmiah berkualitas tinggi. Ini biasanya mengandung beberapa komponen kimia lain untuk memperkuat kaca atau membuatnya tahan terhadap lingkungan ekstrem tertentu. Pyrex, misalnya, adalah gelas borosilikat—gelas yang terdiri dari silika dan boron—yang digunakan ketika cermin harus tahan terhadap suhu tinggi.

Dalam beberapa kasus, substrat plastik sama baiknya dengan substrat kaca. Secara khusus, cermin pada mainan anak-anak sering dibuat dengan cara ini, agar tidak mudah pecah. Polimer plastik dibuat dari minyak bumi dan bahan kimia organik lainnya. Mereka dapat dicetak dengan injeksi ke dalam bentuk apa pun yang diinginkan, termasuk lembaran datar dan lingkaran, dan dapat menjadi buram atau transparan sesuai kebutuhan desain.

Bahan dasar ini harus dilapisi untuk membuat cermin. Lapisan logam adalah yang paling umum. Berbagai logam, seperti perak, emas, dan chrome, sesuai untuk aplikasi ini. Perak adalah backing cermin paling populer seratus tahun yang lalu, yang mengarah ke mata uang dari istilah "perak." Namun, kaca spion tua yang dilapisi perak sering kali memiliki garis-garis gelap di belakang kaca, karena bahannya dilapisi sangat tipis dan tidak rata, menyebabkannya terkelupas, tergores, atau ternoda. Baru-baru ini, sebelum tahun 1940, produsen cermin menggunakan merkuri karena tersebar merata di permukaan kaca dan tidak menodai. Praktek ini juga akhirnya ditinggalkan, karena menimbulkan masalah penyegelan dalam cairan beracun. Saat ini, aluminium adalah lapisan logam yang paling umum digunakan untuk cermin.

Cermin kelas ilmiah terkadang dilapisi dengan bahan lain, seperti silikon oksida dan silikon nitrida, hingga ratusan lapisan, masing-masing setebal 10.000 inci. Jenis pelapis ini, disebut sebagai pelapis dielektrik, digunakan baik sebagai reflektor, dan sebagai lapisan pelindung pada lapisan logam. Mereka lebih tahan gores daripada logam. Cermin ilmiah juga menggunakan lapisan perak, dan terkadang lapisan emas juga, untuk memantulkan cahaya dengan warna cahaya tertentu kurang lebih dengan baik.

Desain

Keteraturan permukaan mungkin merupakan karakteristik desain cermin yang paling penting. Cermin untuk keperluan rumah tangga harus memenuhi spesifikasi yang kurang lebih sama dengan kaca jendela dan kaca bingkai foto. Lembaran kaca yang digunakan harus rata dan tahan lama. Perancang hanya perlu menentukan ketebalan yang dibutuhkan; misalnya, cermin yang lebih tebal lebih tahan lama, tetapi juga lebih berat. Cermin ilmiah biasanya memiliki permukaan yang dirancang khusus. Permukaan ini harus rata secara merata dalam jarak beberapa lOOOth inchi, dan dapat dirancang dengan kelengkungan tertentu, seperti lensa kacamata . Prinsip desain cermin ini sama dengan kacamata:cermin mungkin dimaksudkan untuk memfokuskan cahaya sekaligus memantulkannya.

Desain cermin juga akan menentukan jenis pelapis yang akan digunakan. Bahan pelapis dipilih berdasarkan daya tahan dan reflektifitas yang diperlukan dan, tergantung pada tujuan cermin yang dimaksudkan, bahan tersebut dapat diterapkan pada permukaan depan atau belakang cermin. Setiap lapisan lapisan pelindung berikutnya juga harus ditentukan pada tahap ini. Untuk cermin yang paling umum, lapisan reflektif akan diterapkan pada permukaan belakang kaca karena kecil kemungkinannya untuk rusak di sana. Sisi belakang kemudian sering dipasang di a Langkah awal dalam pembuatan cermin melibatkan pemotongan dan pembentukan blanko kaca. Pemotongan biasanya dilakukan dengan gergaji dengan serbuk berlian tertanam di ujungnya. Selanjutnya, blanko dimasukkan ke dalam mesin penggiling optik, yang menggunakan cairan abrasif ditambah pelat gerinda untuk menghasilkan hasil akhir yang sangat rata dan halus pada blanko. Bahan reflektif kemudian diterapkan dalam evaporator, yang memanaskan lapisan logam sampai menguap ke permukaan kosong. rangka plastik atau logam untuk menutup seluruhnya lapisan dari udara dan benda tajam.

Untuk penggunaan ilmiah, warna, atau panjang gelombang cahaya, yang akan dipantulkan cermin harus dipertimbangkan. Untuk cermin cahaya tampak atau sinar ultraviolet standar, pelapis aluminium adalah hal yang umum. Jika cermin akan digunakan dengan cahaya inframerah, lapisan perak atau emas adalah yang terbaik. Pelapis dielektrik juga bagus dalam rentang inframerah. Namun, pada akhirnya, pilihan pelapisan akan bergantung pada daya tahan serta rentang panjang gelombang, dan beberapa reflektifitas mungkin dikorbankan untuk ketahanan. Sebuah lapisan dielektrik, misalnya, jauh lebih tahan gores daripada lapisan logam dan, meskipun biaya tambahan, lapisan ini sering ditambahkan di atas logam untuk melindunginya. Pelapisan pada kaca spion kelas ilmiah biasanya diterapkan pada permukaan depan kaca, karena cahaya yang melewati kaca akan selalu terdistorsi hingga tingkat yang kecil. Ini tidak diinginkan di sebagian besar aplikasi ilmiah.

Manufaktur
Proses

Memotong dan membentuk kaca

• 1 Langkah pertama dalam pembuatan cermin apa pun adalah memotong garis "kosong" kaca agar sesuai dengan aplikasi. Jika cermin itu untuk mobil, misalnya, kaca akan dipotong agar sesuai dengan dudukan cermin di mobil. Meskipun beberapa produsen cermin memotong kaca mereka sendiri, yang lain menerima kaca yang sudah dipotong menjadi kosong. Terlepas dari siapa yang memotong kaca, pisau yang sangat keras dan runcing digunakan untuk memotong. Pencungkil atau gergaji berlian—mata logam tajam atau gergaji dengan debu berlian tertanam di dalamnya—sering digunakan karena berlian akan merusak kaca sebelum kaca mengikis berlian. Metode pemotongan yang digunakan bergantung sepenuhnya pada bentuk akhir cermin yang akan diambil. Dalam satu metode, bilah atau pencungkil dapat digunakan untuk memotong sebagian kaca; tekanan kemudian dapat digunakan untuk memecahkan kaca di sepanjang garis skor. Dalam metode lain, mesin menggunakan gergaji berlian untuk memotong seluruh kaca dengan menarik bilah maju mundur atau naik turun beberapa kali, seperti gergaji pita otomatis. Pemotongan biasanya dilakukan sebelum pelapisan logam diterapkan, karena pelapis dapat mengelupas kaca akibat pemotongan. Alternatif untuk memotong kaca menjadi blanko adalah dengan membentuk kaca dalam keadaan cair.
• 2 Blanko kemudian ditempatkan di mesin gerinda optik. Mesin ini terdiri dari pelat dasar besar yang penuh dengan lekukan yang menahan bagian yang kosong. Basis yang diisi kosong ditempatkan pada pelat logam lain dengan bentuk permukaan yang diinginkan:datar, cembung, atau cekung. Senyawa gerinda—cairan berpasir—ditebarkan di atas blanko kaca saat digosok atau digulung pada permukaan melengkung. Tindakannya mirip dengan menggiling bumbu dengan lesung dan alu. Pasir dalam kompon secara bertahap mengikis permukaan kaca sampai memiliki bentuk yang sama dengan pelat gerinda. Grit yang lebih halus dan lebih halus digunakan sampai permukaannya sangat halus dan rata.

  Teknik penggilingan tangan juga ada, tetapi sangat memakan waktu dan sulit dikendalikan. Mereka hanya digunakan dalam kasus di mana penggilingan mekanis tidak mungkin dilakukan, seperti halnya dengan permukaan yang sangat besar atau berbentuk tidak biasa. Penggiling optik komersial dapat menampung 50 hingga 200 blanko, yang semuanya dipoles secara bersamaan. Ini jauh lebih efisien daripada penggilingan tangan. Bahkan optik khusus dapat dibuat secara mekanis dalam peralatan yang dapat disesuaikan.

Menerapkan materi reflektif

• 3 Ketika permukaan kaca dibentuk dengan tepat dan dipoles hingga halus, permukaan kaca tersebut dilapisi dengan bahan reflektif apa pun yang dipilih oleh perancang. Terlepas dari bahan pelapis, itu diterapkan dalam alat yang disebut evaporator. Evaporator adalah ruang vakum besar dengan pelat atas untuk menopang cermin kosong, dan wadah bawah untuk melelehkan logam pelapis. Disebut demikian karena logam dipanaskan di dalam wadah sampai menguap ke dalam ruang hampa, menyimpan lapisan pada permukaan kaca seperti napas panas akan mengukus jendela yang dingin. Kosong dipusatkan di atas lubang di pelat atas yang memungkinkan uap logam mencapai permukaan kaca. Logam dapat dipanaskan hingga beberapa ratus atau ribuan derajat (tergantung pada titik didih logam), sebelum menguap. Suhu dan waktu untuk prosedur ini dikontrol dengan sangat tepat untuk mencapai ketebalan logam yang tepat. Metode pelapisan ini menciptakan permukaan yang sangat seragam dan sangat reflektif.
• 4 Bentuk lubang pada pelat atas akan dipindahkan ke kaca pada logam, seperti cat melalui stensil. Efek ini sering digunakan untuk membuat pola cermin dengan sengaja. Stensil logam, atau topeng, dapat diterapkan pada permukaan kaca untuk membuat satu atau lebih pola.
• 5 Pelapis dielektrik—baik sebagai lapisan reflektif atau sebagai lapisan pelindung di atas lapisan logam—diterapkan dengan cara yang hampir sama, kecuali bahwa gas digunakan sebagai pengganti potongan logam. Silikon oksida dan silikon nitrida biasanya digunakan sebagai pelapis dielektrik. Ketika gas-gas ini bergabung dalam panas yang ekstrim, mereka bereaksi untuk membentuk zat padat. Produk reaksi ini membentuk lapisan seperti halnya logam.
• 6 Beberapa langkah penguapan dapat digabungkan untuk membuat lapisan berlapis ganda. Bahan dielektrik yang bening dapat diuapkan di atas logam atau dielektrik lainnya untuk mengubah sifat reflektif atau mekanik suatu permukaan. Cermin dengan warna perak di bagian belakang kaca, misalnya, sering kali memiliki lapisan dielektrik buram yang diterapkan untuk meningkatkan daya pantul dan menjaga logam agar tidak tergores. Cermin satu arah adalah pengecualian untuk prosedur ini, dalam hal ini harus sangat berhati-hati agar tidak merusak lapisan logam tipis.
• 7 Akhirnya, ketika lapisan yang tepat telah diterapkan, cermin jadi dipasang di dasar atau dikemas dengan hati-hati dalam paket tahan goncangan untuk pengiriman.

Kontrol Kualitas

Seberapa bagus cermin itu? Apakah cukup untuk membuat 80 persen cahaya terpantul? Apakah semua 80 persen harus memantul ke arah yang persis sama? Jawabannya tergantung pada aplikasi. Cermin dompet mungkin hanya 80 atau 90 persen reflektif, dan mungkin memiliki sedikit ketidakteraturan dalam ketebalan kaca (seperti riak di permukaan kolam). Gambar akan sedikit terdistorsi dalam kasus ini, tetapi distorsinya hampir tidak terlihat oleh mata telanjang. Namun, jika cermin akan digunakan untuk aplikasi ilmiah, misalnya dalam teleskop, bentuk permukaan dan reflektifitas lapisan harus diketahui hingga tingkat yang sangat spesifik, untuk memastikan cahaya yang dipantulkan tepat ke tempat yang dituju. desainer teleskop menginginkannya, dan pada intensitas yang tepat. Toleransi pada cermin akan mempengaruhi biaya dan kemudahan pembuatannya.

Keseragaman cermin batch adalah pekerjaan jaminan kualitas pertama dan terdepan. Cermin di tepi pelat gerinda atau ruang evaporator mungkin tidak memiliki permukaan atau lapisan yang sama dengan yang ada di bagian tengah peralatan. Jika ada berbagai ketebalan logam atau kerataan permukaan dalam satu batch cermin, prosesnya harus disesuaikan untuk meningkatkan keseragaman.

Beberapa metode digunakan untuk menguji integritas cermin. Kualitas permukaan diperiksa terlebih dahulu secara visual untuk goresan, ketidakrataan, lubang, atau riak. Ini dapat dilakukan dengan mata telanjang, dengan mikroskop, atau dengan proses fotografi inframerah yang dirancang untuk menunjukkan perbedaan ketebalan logam.

Untuk kontrol permukaan yang lebih ketat, profil cermin dapat diukur dengan menjalankan stylus di sepanjang permukaan. Posisi stylus direkam saat diseret melintasi cermin. Ini mirip dengan cara kerja pemutar rekaman. Seperti pemutar rekaman, kelemahan stylus mekanis adalah dapat merusak permukaan yang dideteksinya. Produsen cermin telah sampai pada solusi yang sama seperti industri rekaman:gunakan laser. Laser dapat digunakan untuk pengujian non-destruktif dengan cara yang sama seperti pemutar CD membaca musik dari disk tanpa mengubah permukaannya.

Selain pengujian mekanis ini, cermin dapat terkena berbagai kondisi lingkungan. Kaca spion mobil, misalnya, diambil melalui cuaca dingin dan panas yang ekstrem untuk Cermin biasa dapat mencakup lapisan reflektif logam dan satu atau lebih lapisan dielektrik—sebagai lapisan pelindung di atas logam . Pelapis dielektrik diterapkan dengan cara yang hampir sama seperti lapisan logam, kecuali bahwa gas seperti silikon oksida dan silikon nitrida digunakan sebagai pengganti potongan logam. memastikan bahwa mereka akan tahan terhadap kondisi cuaca, sementara cermin kamar mandi diuji ketahanannya terhadap air.

Masa Depan

Saat teknik pembuatan kaca meningkat, cermin menemukan tempat yang lebih rumit dalam seni dan arsitektur. Kacamata yang lebih kuat dan ringan lebih menarik bagi para desainer. Beberapa teknik pembuatan cermin satu arah memungkinkan pembuatan jendela yang dicerminkan di luar. Hal ini menciptakan tampilan khas pada sebuah bangunan dan juga membuat sistem pengkondisian udara pada bangunan tersebut lebih efisien dengan membelokkan panas selama musim panas. Cermin jenis ini sekarang sudah umum terlihat pada gedung perkantoran.

Cermin juga akan terus digunakan dalam aplikasi optik yang canggih, mulai dari mikroskop dan teleskop hingga sistem pembacaan berbasis laser seperti pemutar cakram padat dan pemindai kode batang .