Naukowcy ze szwajcarskiego Paul Scherrer Institute (PSI) pobrali próbki z ołtarza wykonanego ok. 1420 r. w południowych Niemczech, przez długi czas stojącego w górskiej kaplicy w gminie Leuggern. Przedstawia on Maryję trzymająca w kołysce Jezusa – próbkę pobrano z fałdy szaty Maryi. Dzisiaj ołtarz można podziwiać w Szwajcarskim Muzeum Narodowym.
Materiał został przebadany w Swiss Light Source (SLS) przy użyciu jednej z najbardziej zaawansowanych technik mikroskopowych na świecie, a wyniki zaskoczyły naukowców. Szczegóły można przeczytać w czasopiśmie Nanoscale.
Zwischgold – materiał, który wyprzedził swoją epokę
Nanomateriał użyty do pozłocenia świętych figur ma postać specjalnej dwustronnej folii ze złota i srebra. Warstwa złota może być ultracienkia, bo srebrny podkład zapewnia odpowiednie rusztowanie. Materiał ten jest znany jako Zwischgold. Stosowano go w średniowieczu, gdyż był znacznie tańszy od czystego złota.
Czytaj też: Odkrycie było dziełem przypadku! Nowy materiał odmieni świat telefonów na zawsze?
Dr Benjamin Watts, fizyk z PSI, mówi:
Chociaż Zwischgold był często używany w średniowieczu, do tej pory bardzo niewiele było wiadomo o tym materiale. Chcieliśmy więc zbadać próbki za pomocą technologii 3D, która może wizualizować niezwykle drobne szczegóły.
Do badania Zwischgold w przeszłości stosowano inne techniki mikroskopowe, ale zapewniały one jedynie dwuwymiarowy przekrój przez materiał. Możliwe było jedynie oglądanie powierzchni przeciętego segmentu – a nie zaglądanie do wnętrza materiału. Obawiano się przeciąć próbkę, by nie zmienić struktury samego materiału. Zastosowana zaawansowana metoda obrazowania mikroskopowego – ptychografia – po raz pierwszy pokazuje strukturę 3D Zwischgold.
Dr Benjamin Watts dodaje:
Ptychografia jest dość wyrafinowaną metodą, ponieważ nie ma obiektywu, który tworzy obraz bezpośrednio na detektorze. Wytwarza wzór dyfrakcyjny oświetlonego obszaru, czyli obraz z punktami o różnej intensywności. Manipulując próbką w precyzyjnie określony sposób, można wygenerować setki nakładających się na siebie wzorów dyfrakcyjnych, a następnie połączyć je, jak rodzaj gigantycznej układanki i dociec, jak wyglądał oryginalny obraz.
Zaletą tej metody jest niezwykła rozdzielczość. Grubość próbki Zwischgold pobrana z ołtarza była rzędu setek nanometrów. Dzięki ptychografii udało się dostrzec, jaka zaawansowany był to nanomateriał – nie powstydziliby się go nawet współcześni inżynierowie.
Dr Qing Wu z Uniwersytetu w Zurychu, główny autor badania, wyjaśnia:
Wiele osób zakładało, że technologia w średniowieczu nie była szczególnie zaawansowana. Wręcz przeciwnie: to nie były Wieki Ciemne, ale okres, w którym metalurgia i techniki złocenia były niesamowicie rozwinięte.
Niestety, nie ma żadnych zapisków mówiących, jak produkowano Zwischgold w średniowieczu. Rzemieślnicy trzymali swój przepis w tajemnicy i przekazywali go tylko swoim najbliższym współpracownikom. Naukowcy mają pewne podejrzenia, jak tworzono nanomateriał: najpierw złoto i srebro były młotkowane oddzielnie, aby uzyskać cienkie folie, przy czym złota folia musiała być znacznie cieńsza niż srebrna. Następnie obie folie metalowe były obrabiane razem. Była to dość skomplikowana procedura, która wymagała wysoko wykwalifikowanych specjalistów.
Czytaj też: To może być rewolucja w stomatologii! Rosjanie stworzyli materiał twardszy niż szkliwo
Dr Qing Wu mówi:
Nasze badania próbek Zwischgold wykazały, że średnia grubość warstwy złota wynosiła około 30 nm, podczas gdy płatki złota produkowane w tym samym okresie i regionie miały grubość około 140 nm. Metoda ta pozwoliła zaoszczędzić na złocie, które było znacznie droższe.
Przeprowadzone badania ujawniły jedną poważną wadę wytwarzania Zwischgold: warstwa złota jest tak cienka, że z czasem srebro może się przez nią przebijać. To może nieodwracalnie zmieniać strukturę całego materiału, który zmienia barwę na czarny. Jedyne, co można z tym zrobić, to uszczelnić powierzchnię lakierem, aby nie powstawał siarczek srebra. Rzemieślnicy wytwarzający Zwischgold byli świadomi tego problemu od samego początku. Jako lakieru używali żywicy, kleju lub innych substancji organicznych.