Cercetătorii descifrează secretul nanoparticulelor din ceramica iridescentă Abbasidă
În urmă cu peste o mie de ani, meșterii Abbasizi reușeau să creeze ceramică cu o strălucire metalică remarcabilă, în nuanțe de auriu, roșu, maro și galben, folosind nanoparticule metalice înainte ca nanotehnologia să fie înțeleasă ca știință. Un studiu recent publicat în Science Advances dezvăluie mecanismele chimice exacte care au făcut posibil acest efect.
Cercetătorii de la Universitat Politècnica de Barcelona, împreună cu oameni de știință de la ESRF (European Synchrotron), au analizat fragmente de ceramică istorică pentru a înțelege cum reacțiile chimice din timpul arderii au condus la formarea nanoparticulelor responsabile de iridescență. Rezultatele arată că efectul nu depinde doar de prezența argintului sau cuprului în vopsea, ci de interacțiunea complexă dintre aceste elemente și alți compuși din glazură.
Cum se formau nanoparticulele în glazură
Meșterii aplicau pe suprafața ceramicii glazurate un amestec care conținea compuși metalici, în special argint și cupru. În timpul arderii, aceste elemente difuzau din vopsea în glazura sticloasă și treceau prin reacții chimice, inclusiv reducere, formând nanoparticule metalice de argint și cupru într-un strat subțire de suprafață.
Particulele nu rămâneau simple depuneri pe ceramică, ci se încastrau în glazură, creând o regiune nanostructurată a cărei compoziție și morfologie determinau modul în care suprafața interacționa cu lumina.
Un aspect esențial identificat de cercetători este că lustrul se obține printr-un proces de schimb ionic în timpul arderii: ionii de cupru și argint difuzează din vopsea în glazură, înlocuind ionii alcalini. Pentru ca acest proces să funcționeze, arderea trebuie realizată la o temperatură cuprinsă între temperatura de tranziție vitroasă și cea de înmuiere a glazurei, pentru a favoriza difuzia ionică și a împiedica lipirea vopselei de glazură.
Rolul raportului cupru-argint
Studiul arată că diferențele de compoziție și microstructură dintre diferitele culori de lustru sunt determinate în primul rând de cantitățile relative de cupru și argint din vopsea. Concentrația speciilor și nanoparticulelor de argint și/sau cupru din apropierea suprafeței glazurei este controlată de raportul dintre aceste metale în vopseaua aplicată, precum și de reacțiile dintre ele.
Împreună, acești factori stabilesc tipul, cantitatea, distribuția și dimensiunea nanoparticulelor care produc nuanțele distincte de auriu, roșu, maro sau galben.
Metode de analiză la sursă de lumină sincrotron
Echipa de la Universitat Politècnica de Barcelona a colaborat cu cercetătoarea Marine Cotte de la ESRF și cu colegii săi pentru a studia aceste materiale antice folosind spectroscopie de raze X și fluorescență de raze X pe linia de fascicul ID21 a ESRF, precum și difracție de raze X la sincrotronul ALBA.
Dimensiunea mică a fasciculului și analiza fierului, cuprului și argintului au fost esențiale pentru a dezvălui chimia straturilor de lustru, a explicat Trinitat Pradell, profesor la Universitat Politècnica de Barcelona și co-autor corespondent al publicației.
Perspective pentru cercetările viitoare
Marine Cotte, cercetătoare la ESRF și co-autor corespondent al studiului, a precizat că cercetarea s-a bazat pe analiza unor fragmente minuscule din ceramică istorică. Următorul pas va fi producerea și analizarea unor mostre de probă care să permită distingerea efectelor fiecărui parametru de fabricație în parte. Echipa dorește să exploreze și rolul altor metale, precum fierul și staniul.
Această tehnologie a apărut în Orientul Apropiat în perioada Abbasidă și s-a răspândit ulterior în întreaga lume islamică, iar meșteșugul de a o reproduce fidel rămâne dificil până în prezent. Studiul oferă o bază științifică pentru înțelegerea acestor procese și pentru eventuale aplicații moderne.
