Een kenmerkende iriserende patina op een oud Romeins glasfragment komt voort uit een fotonische kristalstructuur die zich in de loop van de tijd op natuurlijke wijze in het materiaal heeft gevormd, zeggen onderzoekers in Italië en de VS. Het bijzondere kristal bevat afwisselende lagen silicalagen met hoge en lage dichtheid die lijken op reflectoren die bekend staan ​​als Bragg-stapels, en hun aanwezigheid doet het oppervlak van het fragment glanzen als een gouden spiegel. De ontdekking onthult niet alleen de eigenschappen op nanoschaal van oud glas, maar is ook een voorbeeld van op natuurlijke wijze nanogefabriceerde complexe fotonische architectuur – iets dat zou kunnen inspireren tot nieuwe strategieën voor het produceren van verschillende glassamenstellingen door ze kunstmatig te verouderen.

Oude glasartefacten hebben vaak iriserende patina's die zich geleidelijk vormen door corrosie. Bij dit natuurlijke proces lossen de silicadeeltjes in het glas herhaaldelijk op en slaan ze opnieuw neer. De uiteindelijke samenstelling en structuur van de patina hangt af van twee factoren: reacties tussen de oorspronkelijke bestanddelen in het glas en chemicaliën in de met water beladen grond, en de pH van het water. Deze reacties herstructureren het glas in nanometer- tot micron-dikke lagen, of lamellen, die worden gevormd door nanodeeltjes met regelmatig wisselende pakkingsdichtheid. Het zijn deze lamellen die de patina zijn glans geven.

In hun studie, Giulia Guidetti van de Tufts Universiteit Zijdelab en Roberta Zanini en Giulia Franceschin de Centrum voor Cultureel Erfgoedtechnologie (CCHT) van het Italiaanse Instituut voor Technologie koos ervoor om een ​​fragment Romeins glas te analyseren dat was teruggevonden in de buurt van de oude stad Aquileia, ongeveer 100 km ten noordoosten van Venetië. Dankzij chemische analyses verkregen met behulp van laserablatie-massaspectroscopie, bevestigden ze dat het glas was gemaakt van silica-natronkalk (wat typerend is voor glas geproduceerd in het Romeinse rijk) en dateerden ze het monster tussen de eerste eeuw voor Christus en de eerste eeuw na Christus. . Vervolgens gebruikten ze optische en elektronenmicroscopie om de samenstelling van de millimeter dikke patina te karakteriseren en ontdekten dat deze helder schijnt en licht reflecteert over een breed golflengtebereik.

Hoogreflecterende Bragg-stapels

De onderzoekers zeggen dat deze eigenschappen afkomstig zijn van stapels zeer geordende nanogestructureerde domeinen in de patina die zich individueel gedragen als Bragg-stapels met een hoog reflectievermogen. Het collectieve gedrag van deze domeinen impliceert dat het oorspronkelijk amorfe materiaal is getransformeerd in goed georganiseerde fotonische kristallen door langdurige corrosieprocessen en zelfassemblage van de silica-nanodeeltjes in het glas. Afgezien van de patina blijft het grootste deel van het glas in zijn oorspronkelijke vorm en is het donkergroen van kleur.

“Het is opmerkelijk dat zo’n geavanceerde nanostructuur, iets waar fotonica-onderzoekers en -ingenieurs veel tijd en moeite aan besteden bij het vervaardigen in cleanrooms, is gevormd door duizenden jaren in de grond te liggen begraven”, zegt hij. Fiorenzo Omenetto, een biomechanisch ingenieur en hoofd van Zijdelab. “Wetenschappelijk gezien kan dit corrosieproces een inspiratie zijn voor een andere aanpak om ‘structurele kleuren’ en spiegels te kweken, op voorwaarde dat de glastransformatie aanzienlijk wordt versneld uiteraard.”

Leven we in het tijdperk van glas?

Maar bovenal benadrukt hij “de vreugde van het doen van zo’n onverwachte ontdekking. Dit exemplaar lag letterlijk te schitteren op een plank en trok onze aandacht toen we langsliepen.”

De onderzoekers, die hun werk rapporteren in PNAS, werken nu aan het identificeren van andere oude glasartefacten met vergelijkbare kenmerken. “Hoewel iriserende patina’s op oud glas relatief vaak voorkomen, vormt dit specifieke fragment, gekarakteriseerd als een fotonisch kristal, een uniek geval”, zegt CCHT-directeur Ariadne Traviglia vertelt Natuurkunde wereld. “Ons doel is om dit fenomeen verder te bestuderen en de omgevingsomstandigheden te begrijpen die het optreden ervan mogelijk maken.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/photonic-crystals-formed-over-time-in-ancient-roman-glass/