Solución al misterio de la porcelana iridiscente del siglo XVIII
Tecnología de vanguardia ha encontrado explicación a la misteriosa iridiscencia exhibida por los objetos de porcelana esmaltado según una técnica desarrollada en Alemania hace tres siglos.
En el siglo XVIII, surgió un nuevo esmalte púrpura sobre vidriado de una fábrica en Meissen, cerca de Dresde. Nombrado en honor a un pionero alemán de la porcelana y supuesto alquimista, Johann Friedrich Böttger, este esmalte iridiscente se conoció como lustre Böttger. Por qué este esmalte de porcelana exhibió iridiscencia cuando otros esmaltes púrpuras de la época carecían de un brillo lustroso seguía siendo un misterio hasta ahora
A través de las traducciones de los registros originales de la fábrica de Meissen, donde se origina el lustre de Böttger, se supo que la presencia de oro es un componente clave de este efecto púrpura lustroso. Pero se desconocía la forma y el tamaño de las partículas de oro presentes en el lustre de Böttger. En la fábrica de Meissen también se produjo un esmalte similar de porcelana de color púrpura, conocido como Púrpura de Casio, utilizando oro, pero sin ningún tipo de efecto brillante. ¿Por qué un esmalte púrpura parece lustroso mientras que otro esmalte púrpura de la misma fábrica no muestra signos de iridiscencia metálica?
La investigación que comenzó en la Universidad Northwestern hace más de una década y terminó recientemente en Caltech bajo el liderazgo de Katherine Faber, profesora de ciencia de materiales Simon Ramo, es la primera en observar el brillo púrpura en detalle y sus resultados se han publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Usando microscopía electrónica de transmisión, es posible ver las diversas capas de un fragmento de una tetera con brillo púrpura a nanoescala (1 nanómetro es la mil millonésima parte de un metro; como referencia, una sola hebra de ADN tiene 2,5 nanómetros de diámetro). Al examinar la capa de esmalte de la tetera a escalas tan pequeñas, los investigadores pudieron evaluar cómo su estructura química produce la iridiscencia característica del brillo de Böttger.
Este proceso permitió a Faber y sus colegas realizar una comparación detallada de las capas de esmalte de los esmaltes Böttger lustre y no iridiscentes Púrpura de Casio. Descubrieron que el color púrpura de ambos vidriados se debe a la presencia de nanopartículas de oro, pero la diferencia en la iridiscencia se debe a la matriz de nanopartículas. El vidriado de la muestra Púrpura de Casio contenía nanopartículas de oro con tamaños uniformes, mientras que la capa de esmalte del lustre de Böttger contiene una mezcla de nanopartículas de oro grandes y pequeñas, que van desde 30 a 500 nanómetros de ancho. Esta disparidad en los tamaños de las matrices de nanopartículas de oro de los dos vidriados morados es la clave para comprender qué hace que el brillo de Böttger sea iridiscente.
Los desafíos para resolver este caso sin resolver eran tres: en primer lugar, el acceso a la porcelana brillante de Böttger es limitado, con solo fragmentos microscópicos disponibles para su estudio. En segundo lugar, el lustre auténtico de Böttger utiliza hidrazida de oro, que es altamente explosiva. En tercer lugar, muchos materiales utilizados en los esmaltes de porcelana se evaporan cuando se hornean, por lo que es difícil determinar los ingredientes del esmalte precocido en función de un análisis del producto terminado, que también podría haber desempeñado un papel en su iridiscencia.
Para abordar estos desafíos, se recreó el esmalte utilizando una forma de oro diferente y menos explosiva y se aplicaron modelos basados en la física a muestras del brillo histórico de Böttger.
"La recreación fue realmente útil", dice en un comunicado la coautora Celia Chari, estudiante graduada en Ciencias de los Materiales. "Originalmente lo llamamos ingeniería inversa, pero no creo que sea un término exacto para usar porque no es exactamente la misma receta que se usó en la fábrica de Meissen. La forma en que nos gusta pensar es que recreamos brillo púrpura de una manera más segura".
Mientras tanto, el modelo mostró que la presencia de muchas nanopartículas de oro grandes en la superficie de la capa de vidriado de Böttger hace que la luz que brilla sobre el vidriado se difracte de manera diferente según el ángulo de incidencia, creando así iridiscencia. Debido a que las nanopartículas de oro en los vidriados Púrpura de Cassius son pequeñas y de tamaño uniforme, estas variaciones de difracción no existen y el vidriado tiene una apariencia sin brillo.
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