چگونه نانوذرات رنگی هزارساله ساختند

به گزارش خبرگزاری آنا؛ تصور کنید قطعه‌ای سفالی را در دست گرفته‌اید که بیش از هزار سال پیش ساخته شده است. سطح آن در نگاه اول مانند هر ظرف یا کاشی لعاب‌دار دیگری به نظر می‌رسد، اما با تغییر نور، رنگ و درخشش آن تغییر می‌کند؛ گاهی طلایی، گاهی قرمز، قهوه‌ای یا زرد دیده می‌شود و سطحش حالتی فلزی پیدا می‌کند.

این جلوه اتفاقی نبود. سفالگران دوره عباسی در قرن نهم میلادی به فناوری‌ای دست یافته بودند که بعدها در سراسر جهان اسلام گسترش یافت. آنچه امروز درباره سازوکار این درخشش می‌دانیم، حاصل کنار هم قرار گرفتن شیمی، علم مواد، باستان‌شناسی و بررسی دقیق آثار تاریخی است.

در مقاله علمی تازه‌ای که سازوکار شکل‌گیری این درخشش را بررسی کرده، شش قطعه سفال چندرنگ جلادار متعلق به قرن نهم میلادی مطالعه شده است. این قطعات رنگ‌هایی از سبز، قرمز، اخرایی و قهوه‌ای داشته‌اند و پژوهشگران با بررسی ۱۶ مقطع از لایه‌های درخشان آنها تلاش کرده‌اند بفهمند ترکیب مواد اولیه چگونه به رنگ نهایی منجر شده است.


سفال‌های زرین‌فام عباسی (سدهٔ نهم میلادی) که در این پژوهش بررسی شدند. تصویر: روت سادورنی و همکاران، «روشن‌کردن سازوکار شکل‌گیری زرین‌فام‌های چندرنگ اسلامی: مطالعه‌ای با XANES در مقیاس میکرو روی مس، آهن و نقره»، Science Advances، ۲۰۲۶ | مجوز CC BY-NC 4.0

راز درخشش روی سطح ظرف بود

برای فهم این فناوری باید به چیزی نگاه کرد که چشم معمولی نمی‌تواند ببیند: لایه‌ای بسیار نازک در سطح سفال.

«مرکز تحقیقات و مرمت موزه‌های فرانسه» توضیح می‌دهد که فناوری سفالینه‌های جلادار در دوره عباسی، در قرن نهم میلادی توسعه یافت. این تزئین در سطح بسیار بیرونی لعاب قرار دارد و ضخامت آن کمتر از یک میکرومتر است. در این لایه، اتم‌های نقره و یا مس در یک ساختار شیشه‌ای پخش می‌شوند و در ادامه، نانوذرات فلزی شکل می‌گیرند. همین نانوذرات منشأ جلوه درخشان و رنگین سطح هستند.

به این ترتیب، آنچه از فاصله معمولی مانند یک رنگ طلایی یا قرمز دیده می‌شود، در واقع نتیجه ساختاری است که در مقیاسی بسیار کوچک شکل گرفته است؛ لایه‌ای که ضخامتش حتی به یک میکرومتر هم نمی‌رسد.

سفالگر چه چیزی را روی لعاب می‌زد؟

اما این نانوذرات چگونه به وجود می‌آمدند؟

بر اساس توضیح «مرکز پژوهشی سینکروترون اروپا»، سفالگران ابتدا سطح سفال لعاب‌خورده را با مخلوطی حاوی ترکیبات فلزی، به‌ویژه نقره و مس، نقاشی می‌کردند. سپس ظرف دوباره در کوره قرار می‌گرفت.

در جریان پخت، عناصر موجود در این مواد از لایه رنگ به لعاب شیشه‌ای نفوذ می‌کردند و در واکنش‌های شیمیایی، از جمله فرایند کاهش (Reduction)، به نقره و مس فلزی تبدیل می‌شدند. حاصل کار، نانوذراتی از نقره و مس بود که درون لایه لعاب قرار می‌گرفتند.

نکته مهم این است که ذرات فلزی صرفا روی سطح سفال ننشسته بودند؛ آنها درون لعاب جای گرفته بودند و یک ناحیه نانوساختار ایجاد می‌کردند. ساختار و ترکیب این ناحیه تعیین می‌کرد سطح سفال چگونه با نور برهم‌کنش کند و در نتیجه چه رنگ و درخششی دیده شود.

راز در کوره کامل می‌شد

شاید بتوان تصور کرد که اگر کمی نقره و مس به رنگ اضافه شود، همین جلوه به وجود می‌آید؛ اما پژوهش نشان می‌دهد ماجرا بسیار پیچیده‌تر بوده است.

مرکز پژوهشی سینکروترون اروپا تأکید می‌کند که ظاهر نهایی سفال فقط به وجود نقره یا مس وابسته نبود. مقدار نسبی این دو عنصر و واکنش‌هایی که هنگام پخت میان آنها و دیگر مواد موجود در لعاب رخ می‌داد، در شکل‌گیری نانوذرات نقش داشت.

پژوهشگران دریافتند نسبت مس به نقره با واکنش‌های شیمیایی رقیب در هنگام پخت ارتباط دارد و در نهایت بر نوع، مقدار، اندازه و پراکندگی نانوذرات اثر می‌گذارد. مقاله علمی نیز همین ارتباط میان نسبت مس و نقره، وضعیت شیمیایی عناصر، اندازه و غلظت نانوذرات و رنگ نهایی را از عوامل اصلی تعیین‌کننده رنگ جلای سفال معرفی می‌کند.

حتی دمای کوره نیز اهمیت داشت. به گفته مرکز پژوهشی سینکروترون اروپا، پخت باید در محدوده‌ای انجام می‌شد که امکان جابه‌جایی یون‌ها در لعاب را فراهم کند، اما در عین حال مانع چسبیدن لایه جلادار به لعاب شود.

فناوری‌ای که در سامرا درخشید

این فناوری فقط یک پدیده آزمایشگاهی نبود؛ نمونه‌های تاریخی آن هنوز باقی مانده‌اند.

موزه «متروپولیتن نیویورک» یک قطعه کاشی جلادار چندرنگ متعلق به قرن نهم میلادی و شهر سامرا در عراق را در مجموعه خود نگهداری می‌کند. این قطعه از سفال ساخته شده، روی آن لعاب سفید مات قرار دارد و سپس با رنگدانه‌های فلزی در سه رنگ تزئین و دوباره پخته شده است. در پایان نیز سطح آن پرداخت شده است.

توضیح موزه نشان می‌دهد که هنرمندان دوره عباسی در سامرا از این فناوری برای ایجاد سطحی درخشان و شبیه جلوه سنگ‌های نیمه‌قیمتی استفاده می‌کردند و این کار را با موادی انجام می‌دادند که در دسترسشان بود.

بنابراین، درخشش این سفال‌ها فقط برای زیباتر کردن یک ظرف یا کاشی نبود؛ بخشی از یک فناوری تازه در تزئین سرامیک محسوب می‌شد که در محیط تاریخی دوره عباسی شکل گرفت.


قطعه‌ای از کاشی زرین‌فام عباسی، سدهٔ نهم میلادی، به‌دست‌آمده از کاوش‌های سامرا در عراق. تصویر: موزه متروپولیتن نیویورک

چیزی که قرن‌ها بعد هنوز دانشمندان را درگیر کرده است

فناوری جلای سفال در دوره عباسی باقی نماند. مرکز تحقیقات و مرمت موزه‌های فرانسه می‌گوید این فناوری از قرن نهم تا پانزدهم میلادی در سراسر جهان اسلام و مناطق پیرامون مدیترانه گسترش یافت و بعدها در ایتالیا نیز ظاهر شد.

پژوهش درباره این آثار امروز با همکاری باستان‌شناسان، شیمی‌دانان، فیزیک‌دانان، مرمتگران و متخصصان موزه انجام می‌شود. هدف فقط فهمیدن این نیست که یک سفال قدیمی چرا می‌درخشیده است؛ پژوهشگران می‌خواهند بفهمند چگونه یک فناوری پیچیده در طول نسل‌ها منتقل شده، چگونه با سنت‌های مختلف سفالگری سازگار شده و چگونه در دوره‌های بعد تغییر کرده است. مرکز تحقیقات و مرمت موزه‌های فرانسه گزارش می‌کند که در پروژه‌های خود ویژگی‌های حدود ۲۰۰ قطعه سفال جلادار با منشأ و قدمت متفاوت بررسی شده است.

اما هنوز همه پاسخ‌ها به دست نیامده است. مرکز پژوهشی سینکروترون اروپا می‌گوید پژوهش اخیر بر قطعات بسیار کوچکی از سفال‌های تاریخی انجام شده و گام بعدی می‌تواند ساخت نمونه‌های بازسازی‌شده و بررسی آنها باشد تا اثر هر یک از عوامل ساخت به‌طور جداگانه مشخص شود. پژوهشگران همچنین قصد دارند نقش فلزات دیگری مانند آهن و قلع را بررسی کنند.

پس شاید جذاب‌ترین بخش داستان این باشد: سفالگری که در قرن نهم میلادی قلم‌مو را روی لعاب می‌کشید، از «نانوذره» چیزی نمی‌دانست؛ اما ترکیب مواد، میزان آنها و شرایط کوره را چنان تنظیم می‌کرد که ساختاری در مقیاسی بسیار کوچک شکل بگیرد و نور را به شیوه‌ای متفاوت بازتاب دهد.

امروز، دانشمندان با ابزارهای دقیق به همان لایه بسیار نازک نگاه می‌کنند تا بفهمند آن سفالگر چگونه این درخشش را ساخته بود. چیزی که برای سازنده قرن نهم بخشی از مهارت سفالگری بود، برای علم امروز به مسئله‌ای در مرز باستان‌شناسی، شیمی و علم مواد تبدیل شده است.