Gamta yra didžiausia nano kūrėja. Naujausias to įrodymas yra neįprastas senovės romėnų stiklo gabalas (vadinamas „akinančiu stiklu“), turintis ploną aukso spalvos dangą. Romėniško stiklo šukės pasižymi ryškiomis mėlynos, žalios ir oranžinės spalvos spalvomis ir yra korozijos proceso rezultatas, kuris lėtai restruktūrizuoja stiklą, kad susidarytų… Fotoniniai kristalaiBlizgantis, veidrodinis auksinis šio apvalkalo blizgesys yra retas pavyzdys, pasižymintis neįprastomis optinėmis savybėmis Naujas popierius Paskelbta Proceedings of the National Academy of Sciences.

Tai dar vienas natūraliai atsirandančios struktūrinės spalvos pavyzdys. Kaip minėta anksčiau, ryškios vaivorykštės spalvos drugelio sparnuose, muilo burbuluose, opaluose ar vabalų kiautuose atsiranda ne dėl pigmento molekulių, o dėl jų struktūros, kuri atsiranda natūraliai. Fotoniniai kristalai. Pavyzdžiui, gamtoje chitino lukštai (įprastas vabzdžių polisacharidas) yra išdėstyti kaip stogo čerpės. Iš esmės jie sudaro a Difrakcinė gardelėIšskyrus tai, kad fotoniniai kristalai sukuria tik tam tikras šviesos spalvas arba bangos ilgius, o difrakcijos gardelė sukurtų visą spektrą, kaip ir prizmė.

Taip pat žinomi kaip fotoninės juostos tarpo medžiagos, fotoniniai kristalai yra „derinami“, o tai reiškia, kad jie yra tiksliai išdėstyti taip, kad blokuotų tam tikrus šviesos bangos ilgius, o kiti galėtų praeiti. Pakeiskite struktūrą keisdami plytelių dydį, ir kristalai taps jautrūs kitokiam bangos ilgiui. Jie naudojami optiniuose ryšiuose kaip bangolaidžiai ir jungikliai, taip pat filtruose, lazeriuose, veidrodžiuose ir daugelyje paslėptų antirefleksinių įrenginių.

Mokslininkai laboratorijoje gali pasigaminti savo spalvotas struktūrines medžiagas, tačiau gali būti sunku pritaikyti procesą komerciniams tikslams neprarandant optinio tikslumo. Taigi struktūrinių spalvų, tokių kaip gamtoje, kūrimas yra aktyvi medžiagų tyrimų sritis. Pavyzdžiui, šių metų pradžioje Kembridžo universiteto mokslininkai išvystyta Novatoriškas naujas augalo sluoksnis veikiamas saulės spindulių tampa vėsesnis, todėl idealiai tinka būsimiems pastatams ar automobiliams vėsinti be jokio išorinio maitinimo šaltinio. Sukurtos plėvelės yra spalvingos, tačiau struktūriškai nuspalvintos nanokristalų pavidalu, ne dėl pigmentų ar dažiklių pridėjimo.

Praėjusiais metais MIT mokslininkai modifikavo 19-ojo amžiaus holografinę techniką, kurią išrado fizikas Gabrielis Lippmannas, kad sukurtų į chameleonus panašias plėveles, kurios ištempus keičia spalvą. Šios plėvelės idealiai tiktų tvarsčiams, kurie keičia spalvą, reaguojant į spaudimą, o tai leistų medicinos personalui žinoti, ar jie per stipriai apvynioja žaizdą – tai svarbus veiksnys gydant tokias ligas kaip veninės opos, spaudimo opos, limfedema ir randai. Vaikams patiks nešioti spalvą keičiančius tvarsčius, kurie bus puiki dovana pediatrams. Galimybė gaminti didelius medžiagos lakštus atveria pritaikymą drabužiams ir sportinei aprangai.

Fiorenzo Ominito, medžiagų mokslininkas iš Tuftso universiteto, kuris buvo naujojo dokumento bendraautoris, lankydamasis Italijos technologijos instituto Kultūros paveldo technologijų centre aptiko unikalų fragmentą ir nusprendė, kad jis vertas tolesnio mokslinio tyrimo. „Šis gražus stiklo gabalas, putojantis lentynoje, patraukė mūsų dėmesį. Umineto pasakė. „Tai buvo romėniško stiklo gabalas, rastas netoli senovės Akvilėjos miesto, Italijoje. Centro direktorius tai pavadino „akinančiu stiklu“.

Akvilėją 181 m. pr. Kr. įkūrė romėnai, iš pradžių kaip karinį forpostą, tačiau netrukus ji suklestėjo kaip prekybos, įskaitant kaltinius metalus, Baltijos gintarą, vyną ir senovinį stiklą, centras. „Medinės statinės su 11 000 stiklo gabalėlių atradimas romėnų laivo nuolaužoje jūros vandenyje prie Akvilėjos rodo, kad miestas pirmauja keičiantis ir apdorojant perdirbtą stiklą prekybos keliuose“, – rašė autoriai. Iki II mūsų eros amžiaus, savo piko metu, mieste gyveno 100 000 gyventojų. Jo turtas sumažėjo po to, kai 452 m. jį pagrobė Attila ir hunai, o 590 m. – vėl langobardai. Šiandien mieste gyvena tik apie 3500 gyventojų, tačiau jis tebėra svarbi archeologinė vietovė.

Archeologai 2012 m. atlikdami lauko tyrimus aptiko „akinantį stiklą“ ant žemės ūkio lauko viršutinio dirvožemio sluoksnio, tikriausiai iškeltą į paviršių neseniai atlikus arimą, ir iškart buvo nustebinti jo išskirtinės įvairiaspalvės išvaizdos. Tuo pačiu metu buvo surinkta apie 780 stiklo gabalų, tačiau jie turėjo vaivorykštį dramblio kaulą, būdingą senovės Romos stiklui. Nors šis apvalkalas buvo tamsiai žalios spalvos, jis buvo padengtas milimetro storio auksine patina, kuri savo atspindinčiomis savybėmis buvo beveik kaip veidrodis. Norėdami sužinoti daugiau, Ominito ir jo kolegos apdorojo apvalkalą ir optine mikroskopija, ir naujo tipo skenuojančia elektronine mikroskopija (SEM), kuri atskleidžia ne tik medžiagos nanometro skiriamosios gebos struktūrą, bet ir jos elementinę sudėtį.

Cheminė analizė datuoja stiklą nuo pirmojo amžiaus prieš Kristų iki pirmojo mūsų eros amžiaus. Buvo didelis titano kiekis, o tai rodo, kad stiklui gaminti naudojamas egiptietiškos kilmės smėlis, kuriame dažniausiai būna daugiau priemaišų. Kalbant apie tamsiai žalią spalvą, kuri vis dar yra daugumoje kūrinio, autoriai nurodo, kad tai yra dėl geležies. Maždaug iki 2-ojo mūsų eros amžiaus vidurio romėnų stiklas buvo gaminamas iš neapdoroto levantinės Sirijos stiklo, pagaminto iš santykinai gryno smėlio, todėl gaunama juoda/violetinė spalva, arba iš didelio magnio kiekio stiklo, pagaminto iš nešvaraus smėlio, kuriame gausu geležies ir priedų. augalinių pelenų, kad jie įgautų tamsiai žalią spalvą. Tai atitinka šią naują „akinančio stiklo“ analizę.

SEM analizė atskleidė tikslų hierarchinį išdėstymą, kad susidarytų vadinamieji „Braggo krūvos“ – iš esmės vienmačiai fotoniniai kristalai, kuriems būdingi kintami aukšto ir mažo lūžio rodiklio medžiagų sluoksniai, dėl kurių atsiranda struktūrinė spalva. Idealioje „Bragg“ krūvoje sluoksniai yra vienodo storio. Tačiau vienas „akinančio stiklo“ sluoksnis buvo storesnis ir tankesnis už kitą, suteikdamas jam tą šaunią metalinę išvaizdą. Konkrečiai, kiekviena varžtų krūva atspindėjo skirtingą siaurą šviesos bangos ilgį, o sudėjus dešimtis jų kartu atsirado labai atspindintis aukso sluoksnis ant apvalkalo.

Tai yra įrodymas, kad stiklo skeveldra susidarė dėl „pH nulemto cheminio silicio dioksido pokyčio, kuris nenustato tų pačių griežtų fizinių apribojimų, kaip ir natūraliose gyvūnų sistemose“, rašė mokslininkai. Pagal į Ominitą, Jei jie gali sugalvoti būdą, kaip pagreitinti šį procesą, kad tokiam artefaktui sukurti neprireiktų šimtmečių, „galime rasti būdą, kaip auginti optines medžiagas, o ne jas gaminti“.

„Tai greičiausiai erozijos ir atstatymo procesas.” sakė bendraautorė Giulia Guidetti, taip pat pas Tufts. „Aplinkinis molis ir lietus lėmė mineralų difuziją ir periodišką silicio dioksido eroziją stikle. Tuo pačiu metu buvo surinkti 100 nanometrų storio sluoksniai, ciklais sujungiantys silicio dioksidą ir mineralus. Rezultatas – neįtikėtinai tvarkingas išdėstymas šimtai kristalinės medžiagos sluoksnių.. Paviršiuje augantys kristalai Stiklo dirbiniai taip pat atspindi sąlygų pokyčius, įvykusius žemėje besivystant miestui, ir yra jo aplinkos istorijos įrašas.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2311583120 (Apie skaitmeninius ID).