Достижение в области материаловедения и наночастиц
Команда исследователей из Шеффилдского университета (University of Sheffield) в Великобритании успешно воссоздала оригинальный рецепт стекла «Кубка Ликурга» (Lycurgus Cup) — уникального римского сосуда, датируемого примерно 400 годом нашей эры и обладающего свойством дихроизма (Dichroic glass). Это свойство позволяет стеклу менять цвет в зависимости от направления падающего света: при освещении спереди отраженным светом оно кажется зеленым, а при освещении сзади проходящим светом превращается в темно-красное.
Этот поразительный оптический эффект, считающийся одним из чудес древнего стеклоделия, обусловлен наличием мельчайших наночастиц золота и серебра внутри стеклянной структуры. Исследователи Лиза Холландс (Lisa Hollands) и Кэролайн Джексон (Caroline Jackson) в сотрудничестве стеклодувом Эллиотом Уокером (Elliott Walker) смогли превратить это научное открытие в современную стеклянную скульптуру, с абсолютной точностью повторяющую исторический оптический эффект.
Как работала древнеримская технология?
Механизм изменения цвета оставался научным открытием до 2007 года, когда ученые выяснили, что римские ремесленники добавляли микроскопическое количество серебра и измельченного золота в смесь при плавлении кремния (песка). Соли, содержащие частицы золота и серебра, вызывают агломерацию атомов в процессе плавления и формирование наночастиц внутри стеклянной структуры.
Эти наночастицы влияют на то, как электроны вибрируют внутри стекла в ответ на падающий свет, изменяя угол рассеяния света и длину видимой волны в зависимости от положения наблюдателя и источника света. Это явление похоже на микроскопическую решетчатую структуру, обнаруженную в природных фотонных кристаллах, таких как те, что находятся на крыльях бабочек или в драгоценных опалах.
Проблемы разработки лабораторного рецепта
Несмотря на предыдущие попытки воплотить это явление с помощью трехмерных нанокомпозитных материалов, создание стабильного и воспроизводимого рецепта стекла оставалось препятствием для ученых. Новое достижение потребовало интенсивных исследований, в ходе которых тестировались различные типы плавильных печей, уровни кислорода и добавки для управления химическими реакциями.
- Управление наночастицами: Потребовалось внедрение наночастиц непосредственно внутрь стеклянного материала, а не в качестве внешнего поверхностного слоя.
- Регулирование химических реакций: Проведение многочисленных экспериментов для достижения идеального размера и формы наночастиц внутри смеси.
- Современные применения: Данные исследования входят в число технологических инициатив, направленных на разработку новых материалов, использующих свойства света для создания экологичных технологий.
Почему это научное применение важно?
Значение этого достижения не ограничивается историческим и художественным аспектами, оно распространяется на современные нанотехнологии и область фотоники (Photonics). Понимание того, как наночастицы рассеивают свет, помогает повысить эффективность оптических материалов, разработать высокоточные датчики и спроектировать новые дисплеи и технологии отображения на основе передовых материалов. Современная стеклянная скульптура будет выставлена в Шеффилдском институте и Музее стекла Тернера, чтобы сделать ее доступной для изучения и осмотра публикой и исследователями.