Раскрыт секрет ослепительного блеска японского сусального золота толщиной 100 нм
Сусальное золото Канадзавы — традиционный японский материал, известный своей невероятной тонкостью, всего 100 нанометров (примерно 1/1000 толщины человеческого волоса), и ярким блеском. Изготовленные с применением традиционной техники энцукэ ультратонкие золотые листы используются для украшения храмов, святынь, ремесленных изделий и исторических объектов.
Древнее мастерство
Мастерство канадзавских ремесленников получило мировое признание, включая статус нематериального культурного наследия ЮНЕСКО в 2020 году, но до последнего времени оставалась неясной научная подоплека удивительных свойств материала. В Японском институте науки и технологий (JAIST) воспользовались передовыми достижениями современной техники, чтобы раскрыть секреты древних мастеров, результатами чего поделились в журнале npj Heritage Science.
Изучив тончайшее золото методами дифракции отраженных электронов (EBSD) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), исследователи обнаружили, что в процессе интенсивной ковки кристаллы золота претерпевают необычное изменение: вместо стандартного процесса перекристаллизации материал начинает деформироваться по нехарактерному для комнатной температуры механизму, в материаловедении обозначающемуся система скольжения {110}–<110> (цифры — индексы Миллера, обозначающие плоскость сдвига и его направление). Такое поведение кристаллов смещает напряжение ковки, создавая характерную кубическую текстуру, которая придает листу его блеск и прочность.
Познается в сравнении
Исследование сравнивало два типа канадзавского сусального золота: фольгу Дзуми толщиной около 1 микрона и золотой лист № 4 из Канадзавы — всего 0,1 микрона. EBSD и ПЭМ показали четкие различия между двумя материалами. Кристаллическая текстура Дзуми оказалась смешанной, с множеством ориентаций и высокой плотностью дислокаций — крошечных структурных неоднородностей в кристаллической решетке. Золотой лист № 4, напротив, имел хорошо упорядоченную структуру с доминирующей кубической текстурой на больших площадях.
Эта текстура образуется, хотя ковка происходит при комнатной температуре и без обычного процесса рекристаллизации, который обычно способствует выравниванию кристаллов. ПЭМ выявила множество полос скольжения — узких областей, где множество дислокаций выстраиваются вместе. Такие механизмы обычно активируются только при высоких температурах или при прокатке, которая создает напряжения иначе. То, что традиционные ремесленники достигают этого эффекта с помощью ручной ковки при комнатной температуре, подчеркивает точность техники энцукэ.
Что дальше
Исследование может быть полезно как для самих ремесленников, получивших научное объяснение своего мастерства (и возможность изготовления материалов с более предсказуемыми параметрами), так и для сохранения многовековых культурных традиций.
Обнаруженные механизмы деформации могут вдохновить на проектирование ультратонких металлических пленок с определенными свойствами. Этаким пленкам найдется применение в электронике, датчиках, декоративных покрытиях и нанотехнологиях, где точный контроль ориентации кристаллов важен для производительности и стабильности.
«Наше исследование позволяет разрабатывать высокопроизводительные наноматериалы с уникальными оптическими, механическими и электрическими свойствами, стимулируя инновации в потребительской электронике, гибких устройствах и устойчивых декоративных материалах, а также способствуя междисциплинарным прорывам, вдохновленным традиционным ремеслом», — подытожил профессор JAIST Ёсифуми Осима.
