Luglio 25, 2024

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Il “vetro abbagliante” dell’antica Roma contiene una tiara di cristallo fotonico modellata nel corso dei secoli – Ars Technica

Il “vetro abbagliante” dell’antica Roma contiene una tiara di cristallo fotonico modellata nel corso dei secoli – Ars Technica
Ingrandire / Una vista microscopica dei cristalli fotonici sulla superficie del vetro dell’antica Roma.

Giulia Guidetti

La natura è l’ultimo creatore di nanotecnologie. L’ultima prova di ciò è un insolito pezzo di vetro dell’antica Roma (soprannominato “vetro abbagliante”) che ha un sottile rivestimento color oro. I frammenti di vetro romano sono caratterizzati dai loro colori iridescenti blu, verde e arancione, e sono il risultato del processo di corrosione che ristruttura lentamente il vetro per formare… Cristalli fotoniciLa lucentezza dorata scintillante e simile a uno specchio di questa conchiglia è un raro esempio con proprietà ottiche insolite, secondo Nuova carta Pubblicato in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.

È un altro esempio di colorazione strutturale naturale. Come accennato in precedenza, i colori iridescenti e brillanti delle ali di farfalla, delle bolle di sapone, degli opali o dei gusci di scarabeo non provengono da molecole di pigmento ma da come sono strutturati, cosa che avviene naturalmente. Cristalli fotonici. In natura, ad esempio, i gusci di chitina (un polisaccaride comune negli insetti) sono disposti come tegole. Fondamentalmente, formano a Reticolo di diffrazioneSolo che i cristalli fotonici producono solo determinati colori o lunghezze d’onda della luce, mentre un reticolo di diffrazione produrrebbe l’intero spettro, proprio come un prisma.

Conosciuti anche come materiali con gap di banda fotonico, i cristalli fotonici sono “sintonizzabili”, nel senso che sono disposti con precisione per bloccare determinate lunghezze d’onda della luce consentendo ad altre di passare attraverso. Cambia la struttura modificando la dimensione delle tessere e i cristalli diventeranno sensibili a una diversa lunghezza d’onda. Sono utilizzati nelle comunicazioni ottiche come guide d’onda e interruttori, nonché in filtri, laser, specchi e molti dispositivi antiriflesso nascosti.

Gli scienziati possono realizzare i propri materiali strutturali colorati in laboratorio, ma può essere difficile adattare il processo ad applicazioni commerciali senza sacrificare la precisione ottica. Quindi creare colori strutturali come quelli presenti in natura è un’area attiva della ricerca sui materiali. Ad esempio, all’inizio di quest’anno, gli scienziati dell’Università di Cambridge sviluppato Un nuovo strato vegetale innovativo diventa più fresco quando esposto alla luce solare, rendendolo ideale per raffreddare futuri edifici o automobili senza la necessità di alcuna fonte di alimentazione esterna. Le pellicole create sono colorate, ma sono strutturalmente colorate sotto forma di nanocristalli, non grazie all’aggiunta di pigmenti o pigmenti.

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L’anno scorso, gli scienziati del MIT hanno modificato una tecnica olografica del XIX secolo inventata dal fisico Gabriel Lippmann per sviluppare pellicole camaleontiche che cambiano colore quando allungate. Queste pellicole sarebbero ideali per realizzare bende che cambiano colore in risposta alla pressione, consentendo al personale medico di sapere se sta fasciando una ferita troppo stretta, un fattore importante quando si trattano condizioni come ulcere venose, ulcere da decubito, linfedema e cicatrici. I bambini adoreranno indossare le bende che cambiano colore, un ottimo regalo per i pediatri. La capacità di realizzare grandi fogli di materiale apre applicazioni nell’abbigliamento e nell’abbigliamento sportivo.

Una piccola scaglia dorata dalla superficie di un campione di vetro dell'antica Roma.
Ingrandire / Una piccola scaglia dorata dalla superficie di un campione di vetro dell’antica Roma.

Fiorenzo Ominito e Giulia Guidetti

Fiorenzo Ominito, uno scienziato dei materiali della Tufts University e coautore del nuovo articolo, ha scoperto il frammento unico durante la visita al Centro tecnologico per il patrimonio culturale dell’Istituto italiano di tecnologia e ha deciso che era degno di ulteriori studi scientifici. “Questo bellissimo pezzo di vetro scintillante sullo scaffale ha attirato la nostra attenzione.” Ha detto Umineto. “Era un pezzo di vetro romano trovato vicino all’antica città di Aquileia, in Italia.” Il direttore del centro lo definì “vetro abbagliante”.

Aquileia fu fondata dai Romani nel 181 a.C., inizialmente come avamposto militare, ma presto fiorì come centro per il commercio di metalli forgiati, ambra baltica, vino e vetro antico. “La scoperta di un barile di legno contenente 11.000 pezzi di vetro in un relitto romano nelle acque di mare al largo di Aquileia dimostra la posizione leader della città nello scambio e nella lavorazione del vetro riciclato lungo le rotte commerciali”, hanno scritto gli autori. Nel II secolo d.C., al suo apice, la città aveva una popolazione di 100.000 abitanti. Le sue fortune declinarono dopo essere stata saccheggiata da Attila e dagli Unni nel 452, e ancora dai Longobardi nel 590. Oggi la città ha una popolazione di soli 3.500 abitanti circa, ma rimane un importante sito archeologico.

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Gli archeologi hanno trovato il “vetro abbagliante” sul terriccio di un campo agricolo durante un’indagine sul campo nel 2012 – probabilmente portato in superficie grazie alla recente aratura – e sono rimasti immediatamente colpiti dal suo caratteristico aspetto multicolore. Furono raccolti circa 780 pezzi di vetro contemporaneamente, ma quelli avevano l’avorio iridescente comune nel vetro dell’antica Roma. Sebbene questo guscio fosse nel complesso verde scuro, era ricoperto da una patina dorata spessa un millimetro che era quasi simile a uno specchio nelle sue proprietà riflettenti. Per saperne di più, Ominito e i suoi colleghi hanno sottoposto il guscio sia alla microscopia ottica che a un nuovo tipo di microscopia elettronica a scansione (SEM) che rivela non solo la struttura con risoluzione nanometrica del materiale, ma anche la sua composizione elementare.

Le analisi chimiche hanno datato il vetro tra il I secolo a.C. e il I secolo d.C. C’era un alto livello di titanio, indicando che la sabbia utilizzata per produrre il vetro era di origine egiziana, che di solito contiene più impurità. Per quanto riguarda il colore verde scuro che è ancora presente nella maggior parte del pezzo, gli autori indicano che ciò è dovuto alla presenza di ferro. Fino alla metà circa del II secolo d.C., il vetro romano veniva prodotto con vetro siriano levantino grezzo ottenuto da sabbia relativamente pura – che risultava in un colore nero/viola – o vetro ad alto contenuto di magnesio ottenuto da sabbia impura ricca di ferro e additivi. di cenere vegetale per conferirgli un colore verde scuro. Ciò è coerente con questa nuova analisi del “vetro abbagliante”.

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Strati di silice altamente regolari, spessi nanometri, formano una patina minerale su un pezzo di vetro romano.
Ingrandire / Strati di silice altamente regolari, spessi nanometri, formano una patina minerale su un pezzo di vetro romano.

Silklab, Università di Tufts

L’analisi SEM ha rivelato una precisa disposizione gerarchica per formare i cosiddetti “pile di Bragg” – essenzialmente cristalli fotonici unidimensionali caratterizzati da strati alternati di materiali ad alto e basso indice di rifrazione che danno origine al colore strutturale. In uno stack di Bragg ideale, gli strati hanno lo stesso spessore. Ma uno strato era più spesso e più denso dell’altro nel “vetro abbagliante”, conferendogli quel freddo aspetto metallico. Nello specifico, ciascuna pila di viti rifletteva una diversa lunghezza d’onda stretta della luce e impilandone dozzine insieme creava uno strato dorato altamente riflettente sul guscio.

Questa è la prova che il frammento di vetro si è formato attraverso “un cambiamento chimico della silice guidato dal pH, che non impone gli stessi rigorosi vincoli fisici riscontrati nei sistemi animali naturali”, hanno scritto i ricercatori. Secondo Ad Ominito, Se riuscissero a trovare un modo per accelerare questo processo in modo che non ci vogliano secoli per formare un simile manufatto, “potremmo trovare un modo per coltivare materiali ottici invece di fabbricarli”.

“Si tratta probabilmente di un processo di erosione e ricostruzione”. ha detto la coautrice Giulia Guidetti, anche a Tufts. “L’argilla circostante e la pioggia hanno determinato la diffusione dei minerali e l’erosione periodica della silice nel vetro. Allo stesso tempo, sono stati raccolti anche strati spessi 100 nanometri che combinano silice e minerali in cicli. Il risultato è una disposizione incredibilmente ordinata di centinaia di strati di materiale cristallino Cristalli che crescono in superficie La vetreria è anche un riflesso dei cambiamenti delle condizioni avvenuti sul territorio man mano che la città si sviluppava, una testimonianza della sua storia ambientale.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2311583120 (Informazioni sugli ID digitali).