Az ókori római üvegben az idők során keletkezett fotonikus kristályok – Fizika világa

Egy ókori római üvegtöredék jellegzetes irizáló patinaja egy fotonikus kristályszerkezetből származik, amely idővel természetes módon alakult ki az anyagban – állítják olasz és amerikai kutatók. A szokatlan kristály nagy és kis sűrűségű szilícium-dioxid rétegek váltakozó rétegeit tartalmazza, amelyek Bragg-halmazként ismert reflektorokhoz hasonlítanak, és jelenlétükkel a töredék felülete aranytükörként ragyog. Amellett, hogy feltárja az ókori üveg nanoméretű jellemzőit, a felfedezés a természetes nanotechnológiával előállított komplex fotonikus építészet példája is – ami új stratégiákat inspirálhat különböző üvegkompozíciók előállítására, mesterséges öregítéssel.

Az ókori üvegtárgyakon gyakran irizáló patinák vannak, amelyek a korrózió következtében fokozatosan alakulnak ki. Ez a természetes folyamat során az üvegben lévő szilícium-dioxid részecskék ismételten feloldódnak és kicsapódnak. A patina végső összetétele és szerkezete két tényezőtől függ: az üvegben lévő eredeti összetevők és a vízzel terhelt talaj vegyszerei közötti reakcióktól, valamint a víz pH-értékétől. Ezek a reakciók az üveget nanométertől mikronig terjedő vastagságú rétegekké vagy lamellákká alakítják át, amelyeket rendszeresen váltakozó tömítési sűrűségű nanorészecskék alkotnak. Ezek a lamellák adják a patina fényét.

A tanulmányukban Giulia Guidetti a Tufts Egyetemen Silklab és a Roberta Zanini és a Giulia Franceschin a Olasz Műszaki Intézet Kulturális Örökség Technológiai Központja (CCHT) A Velencétől mintegy 100 km-re északkeletre fekvő ókori Aquileia város közelében előkerült római üvegtöredék elemzését választotta. A lézeres ablációs tömegspektroszkópiával végzett kémiai elemzéseknek köszönhetően megerősítették, hogy az üveg szilícium-nátrium-mészből készült (ami jellemző a Római Birodalomban gyártott üvegekre), és a mintát az időszámításunk előtti első század és az i.e. . Ezután optikai és elektronmikroszkópiával jellemezték a milliméter vastag patina összetételét, és megállapították, hogy fényesen ragyog, és széles hullámhossz-tartományban tükrözi vissza a fényt.

Nagy fényvisszaverő képességű Bragg-halmok

A kutatók szerint ezek a tulajdonságok a patinában lévő, rendkívül rendezett nanostrukturált domének halmából származnak, amelyek külön-külön úgy viselkednek, mint a nagy reflexiós Bragg-halmok. Ezeknek a doméneknek a kollektív viselkedése azt jelenti, hogy az eredetileg amorf anyag jól szervezett fotonikus kristályokká alakult a hosszú távú korróziós folyamatok és a szilícium-dioxid nanorészecskék üvegben történő önszerveződése révén. Valójában a patinától eltekintve az üveg nagy része eredeti formájában megmarad és sötétzöld színű.

"Figyelemre méltó, hogy egy ilyen kifinomult nanostruktúra, amit a fotonika kutatói és mérnökei sok időt és energiát fordítanak a tiszta helyiségekben történő gyártással, úgy alakult ki, hogy évezredek óta eltemették a talajban" Fiorenzo Omenetto, biomechanikus mérnök és vezetője Silklab. „Tudományosan szólva ez a korróziós folyamat ihletet adhat a „szerkezeti színek” és a tükrök termesztésének más megközelítésére, feltéve, hogy az üveg átalakulása jelentősen felgyorsult.

Az Üvegkorszakot éljük?

Mindenekelőtt azonban kiemeli „egy ilyen váratlan felfedezés örömét. Ez a minta szó szerint sziporkázott a polcon, és felkeltette a figyelmünket, ahogy elhaladtunk mellette.

A kutatók, akik beszámolnak munkájukról PNAS, jelenleg más, hasonló tulajdonságokkal rendelkező ősi üvegtárgyak azonosításán dolgoznak. "Míg az irizáló patinák az ősi üvegen viszonylag gyakoriak, ez a fotonikus kristályként jellemezhető töredék egyedülálló esetet mutat be" - mondta a CCHT igazgatója. Arianna Traviglia megmondja Fizika Világa. "Célunk, hogy tovább tanulmányozzuk ezt a jelenséget, és megértsük azokat a környezeti feltételeket, amelyek elősegítik az előfordulását."

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/photonic-crystals-formed-over-time-in-ancient-roman-glass/