در روم باستان، فناوری نانو رنگ این فنجان را تغییر داد. دانشمندان سرانجام فرمول ساخت آن را کشف کردند

دانشگاه شفیلد در بریتانیا اخیرا اعلام کرد که متخصصان این دانشگاه موفق به بازسازی اثر نوری مشاهده شده در جام لیکورگوس شده اند. این فنجان از شیشه دوچشمی ساخته شده است. ماده ای که بسته به زاویه دید رنگ متفاوتی را نشان می دهد. تحقیقات انجام شده در اواسط قرن بیستم نشان داد که ذرات نانومقیاس طلا و نقره، کوچکتر از طول موج نور، در ایجاد این تغییر رنگ منحصر به فرد نقش دارند. با این حال، گروهی به سرپرستی لیزا هالندز، کارشناس فنی شیشه و سرامیک در دانشگاه شفیلد، اولین گروه در دوران مدرن محسوب می شوند که توانسته اند فرمولی کاربردی و قابل تکرار برای دستیابی به این اثر ارائه دهند.

هالندز در صحبت با Gizmodo در مورد پذیرش این چالش گفت:

من این چالش را پذیرفتم، حتی اگر می‌دانستم ممکن است موفق نشم. چون می دانستم قرار دادن نانوذرات آماده داخل شیشه به این سادگی نیست.

وی افزود: این طرح ابتدا به درخواست گروه فوتونیک دانشگاه و با هدف معرفی علم به عموم مردم آغاز شد اما به تدریج به یک پروژه تحقیقاتی کوچک با پیامدهای علمی جالب تبدیل شد.

ناپاکی یا نبوغ هنری؟

به گفته موزه شیشه کورنینگ، جام های قفس مانند از نادرترین نمونه های شیشه های لوکس روم باستان هستند. برای درک مهارت لازم برای ساخت این آثار، نیازی نیست که یک شیشه‌ساز حرفه‌ای باشید. فقط به ظرافت قفس تزئینی دور فنجان توجه کنید. با این حال، جام لیکورگوس نیز نادرتر است زیرا طراحی قفس آن به جای الگوهای هندسی، صحنه ای تصویری را به نمایش می گذارد. موضوعی که هالندز به آن اشاره کرده است.

بیشتر جام های قفس مانند شناخته شده دارای پوسته هایی با طرح های هندسی دایره ای هستند. اما جام لیکورگوس صحنه ای از شکنجه لیکورگوس پادشاه تراکیه توسط خدای یونانی دیونیسوس و همراهانش را به تصویر می کشد. هالندز توضیح داد که تحقیقات علمی قبلی با بررسی قطعات کوچک شیشه شواهدی از نانوذرات لایه‌ای طلا و نقره پیدا کرده است. ذراتی که نسبت تقریبی آنها سه سهم طلا به هفت سهم نقره بود. با این حال، ذرات طلا و نقره در آن مطالعات شناسایی نشدند.

وی در ادامه گفت:

بررسی ها نشان داد که اندازه ذرات معمولاً بین 50 تا 80 نانومتر است. این ذرات دارای هسته ای از نقره و پوسته ای از طلا هستند و در ترکیب آنها مقداری مس وجود دارد. اگرچه ویژگی‌های تکه‌های فنجان مشخص شده است، تلاش‌های محدودی برای ادغام شیشه به روشی موفق و تکرارپذیر انجام شده است. تلاش هایی که نتایجی مشابه خود جام به ارمغان می آورد.

ذرات کوچک با تاثیر بزرگ

این نانوذرات بسیار کوچک نقش اساسی در تغییر رنگ فنجان دارند. به گفته هالندز، نور منعکس شده از سطح شیشه توسط نانوذرات پراکنده می شود و به دلیل وجود آهن و انعکاس نور در جهات مختلف، شیشه مات و سبز به نظر می رسد. او توضیح داد که وقتی نور از شیشه عبور می کند، فرآیند پیچیده تری رخ می دهد.

هالندز در مورد این مکانیسم گفت:

از آنجایی که نانوذرات بسیار کوچک‌تر از طول موج نور هستند، امواج نور می‌توانند بر الکترون‌های لایه بیرونی اتم‌ها تأثیر بگذارند و باعث ارتعاش آن‌ها شوند.

وی در ادامه توضیح داد:

بسته به شکل، اندازه و ترکیب ذرات، طول موج‌های متفاوتی بر این الکترون‌های بیرونی تأثیر می‌گذارد. برخی از این طول موج ها ارتعاش الکترون ها را تشدید می کنند و در نتیجه رنگ مربوط به آن طول موج مسدود می شود.

این مکانیسم اساس ساخت نمونه بازسازی شده توسط گروه تحقیقاتی دانشگاه شفیلد را تشکیل می دهد. ذرات طلا و آلیاژ نقره در این شیشه نور آبی و سبز را مسدود می کنند و اجازه عبور نور قرمز و نارنجی را می دهند. به جای استفاده از مواد جایگزین امروزی، گروه هلندز سعی در شبیه سازی مواد خامی داشت که صنعتگران رومی باستان در قرن چهارم میلادی به آن دسترسی داشتند.

به عنوان مثال، ذوب شیشه، که در حالت مذاب یک ماده شیمیایی پیچیده است، نتایج بسیار بهتری در کوره گازی نسبت به کوره برقی به همراه داشت. البته، برای تولید یک نمونه ریخته‌گری، این گروه به دمای بالاتری نسبت به آنچه رومی‌ها می‌توانستند، نیاز داشتند. اما به گفته هالندز، محققان توانستند با روش های خلاقانه تا حدود زیادی اثر این تفاوت را جبران کنند.

هالندز در مورد ویژگی قابل توجه فرمول جدید گفت:

نکته شگفت انگیز در مورد این فرمول این است که شیشه به طور طبیعی رنگ مورد نظر را تغییر می دهد. برای دستیابی به این اثر، نیازی به عملیات حرارتی پیچیده برای رشد کریستال ها به اندازه مناسب نداریم. این کریستال ها به سادگی با انجام فرآیند بازپخت و کاهش تنش های داخلی شیشه به وجود می آیند.

گروه هلندز با بودجه محدود و تنها در چهار ماه به این نتیجه دست یافت. با این حال، او معتقد بود که محصول به دست آمده، با وجود کیفیت چشمگیرش، هنوز جای پیشرفت دارد. این موضوع زمینه تولید شیشه کافی برای ساختن نمونه مدرن جام لیکورگوس را فراهم کرد.

اگر از نمایش مسابقه شیشه ای نتفلیکس Blown Away لذت می برید، احتمالاً از شنیدن اینکه الیوت واکر، برنده فصل دوم، ساخت اثر هنری جدید را بر عهده گرفته است، خوشحال خواهید شد. این اثر برای اولین بار در جشنواره ذهن دانشگاه شفیلد به نمایش در می آید و پس از آن به مجموعه دائمی موزه شیشه ترنر این دانشگاه می پیوندد.

هالندز درباره ادامه تحقیقات و احتمال بهبود نتیجه نهایی گفت:

من به تحقیق ادامه خواهم داد و امیدوارم با دانشمندانی از سایر نقاط جهان کار کنم تا مشخص کنم که چقدر به بازتولید دقیق رنگ اصلی نزدیک هستم تا بتوانیم فرمول را بیشتر اصلاح کنیم. این پروژه نشان می دهد که کادر فنی دانشگاه در صورت فرصت، زمان و حمایت می توانند دستاوردهای شگفت انگیزی را رقم بزنند.