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古物中的奈米顆粒﹕舊技術﹐新應用

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:Jun 13, 2003

編輯 Agape 報導

透過現代科技的分析﹐科學家們發現顏料中金屬成份的奈米顆粒﹐是使文藝復興時代的陶器﹐呈現出豐富鮮艷色彩的主要原因。

陶器的上釉技術﹐早在西元第四世紀時﹐在美所不達米亞被發明。日後隨著回教文化的向北推進﹐這項技術也在第十二世紀時﹐傳到了西班牙。而意大利則在第十六﹑十七世紀時﹐也學會了這項技術﹐並且在文藝復興時代將其充份應用﹐製造出以多彩釉聞名的Deruta與Gubbio陶器。

最近﹐意大利的物理學家們﹐透過各項精密儀器的分析﹐嘗試為這些古物的鮮艷色彩﹐提供科學上的解釋。Perugia大學的Bruno Brunetti與其研究小組和合作夥伴﹐利用如拉塞福散射光譜(Rutherford backscattering spectrometry) ﹑光吸收頻譜(optical absorption spectroscopy)﹑X射線螢光術(x-ray fluorescence)﹑與Extended X-ray absorption fine structure measurement(EXAFS)等技術﹐對Deruta陶器的表面結構及色層進行了一連串完整的分析。

他們發現﹐在陶器表面呈現金色的部份﹐其實是由厚度在60到120nm﹑內含銀的奈米顆粒與銅離子(一價與二價)的顏料層所組成﹐在其中﹐銅並沒有以元素的形式存在。其中銀與銅離子的重量比例分別約為20%與1-3%。而至於呈現紅色的部份﹐其顏料層厚度約為60到180nm﹐主要成份則為8%的銅元素奈米顆粒與一價的銅離子。

根據Brunetti等人進一步的分析﹐他們發現在金色與紅色層中﹐大部份的銅離子是處於帶一價正電荷的形態。初步的想法是可能與陶器窯燒時﹐是在還原壓力(reductive atmosphere)下有關。然而﹐有相關的實驗顯示﹐陶土/玻璃土中若含有鹼金族元素如鈉﹑鉀的離子﹐則其中的銅元素因著與鈉﹑鉀離子的互換﹐較容易形成帶一價正電荷的銅離子。經過仔細分析EXAFS的數據﹐他們發現在古物樣品的金色層與紅色層中﹐銅離子與氧離子的鍵結﹐基本上是一價銅離子的形式。並且經過與陶土/玻璃土的EXAFS數據比對﹐具有極相近的結構。由此﹐他們推論﹐在釉色層的形成過程中﹐首先是銅離子與鹼金族離子的互換﹐然後才是金屬奈米顆粒的形成。

Brunetti等人的研究結果﹐為文藝復興時代意大利陶器的美麗色彩﹐提供了一個科學上的解釋。此外﹐由於現代光電元件也嘗試在玻璃基板中﹐攙入金屬奈米顆粒﹐產生非線性的效果。這個從古物中得到的結果﹐也許可以為有心研究的科學家﹐激發新的想法與帶來技術上的突破。

原始論文:

PhysicsWeb: Renaissance pottery comes under the microscope

Copper in glazes of Renaissance luster pottery: Nanoparticles, ions, and local environment, S. Padovani et al., Journal of Applied Physics 93, 10058 (2003)

參考來源:

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