Фотонні кристали утворилися з часом у давньоримському склі – Physics World

Дослідники з Італії та США стверджують, що характерна райдужна патина на фрагменті давньоримського скла походить від фотонно-кристалічної структури, яка природним чином утворилася в матеріалі з часом. Незвичайний кристал містить чергування шарів кремнезему високої та низької щільності, які нагадують рефлектори, відомі як стеки Брегга, і їх присутність змушує поверхню фрагмента сяяти, як золоте дзеркало. Окрім розкриття нанорозмірних характеристик стародавнього скла, це відкриття є прикладом складної фотонної архітектури природного нановиробництва – того, що може надихнути на нові стратегії виробництва різних композицій скла шляхом їх штучного старіння.

Стародавні скляні артефакти часто мають райдужну патину, яка поступово утворюється внаслідок корозії. Цей природний процес включає частки кремнезему в склі, які постійно розчиняються та випадають в осад. Остаточний склад і структура патини залежать від двох факторів: реакції між вихідними складовими у склі та хімічними речовинами у насиченому водою ґрунті та pH води. Ці реакції реструктурують скло в шари товщиною від нанометра до мікрона, або ламелі, утворені наночастинками з регулярно змінюваною щільністю упаковки. Саме ці ламелі надають патині блиск.

У своєму дослідженні Джулія Гвідетті Університету Тафтса Silklab та Роберта Заніні та Джулія Франческин в Центр технологій культурної спадщини Італійського технологічного інституту (CCHT) вирішив проаналізувати фрагмент римського скла, знайдений поблизу стародавнього міста Аквілея, яке знаходиться приблизно в 100 км на північний схід від Венеції. Завдяки хімічному аналізу, проведеному за допомогою лазерної абляційної мас-спектроскопії, вони підтвердили, що скло виготовлено з кремнезему, натрію і вапна (що є типовим для скла, виробленого в Римській імперії), і датували зразок між першим століттям до нашої ери та першим століттям нашої ери. . Потім вони використали оптичну та електронну мікроскопію, щоб охарактеризувати склад патини товщиною в міліметр і виявили, що вона яскраво світить і відбиває світло в широкому діапазоні довжин хвиль.

Стеки Брегга з високим коефіцієнтом відбиття

Дослідники кажуть, що ці властивості походять від купи високовпорядкованих наноструктурованих доменів у патині, які окремо поводяться як стопки Брегга з високою відбивною здатністю. Колективна поведінка цих доменів означає, що спочатку аморфний матеріал перетворився на добре організовані фотонні кристали через довгострокові процеси корозії та самоскладання наночастинок кремнезему в склі. Дійсно, окрім патини, основна частина скла залишається у своїй початковій формі та має темно-зелений колір.

«Дивно, що така складна наноструктура, на виготовлення якої дослідники та інженери фотоніки витрачають багато часу та зусиль у чистих приміщеннях, утворилася, перебуваючи в ґрунті протягом тисячоліть», — говорить Фіоренцо Оменетто, інженер-біомеханік та зав Silklab. «З наукової точки зору, цей процес корозії може бути джерелом натхнення для іншого підходу до вирощування «структурних кольорів» і дзеркал, звичайно, за умови, що трансформація скла була значно прискорена».

Чи живемо ми в епоху скла?

Але перш за все він підкреслює «радість від такого несподіваного відкриття. Цей зразок буквально виблискував на полиці і привертав нашу увагу, коли ми проходили повз».

Дослідники, які звітують про свою роботу в PNAS, зараз працюють над виявленням інших стародавніх скляних артефактів із подібними характеристиками. «Хоча райдужні патини на стародавньому склі є відносно поширеними, цей окремий фрагмент, який характеризується як фотонний кристал, є унікальним випадком», — сказав директор CCHT. Аріанна Травілья розповідає Світ фізики. «Наша мета — продовжити вивчення цього явища та зрозуміти умови навколишнього середовища, які сприяють його виникненню».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/photonic-crystals-formed-over-time-in-ancient-roman-glass/