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(Noticias de Nanowerk) Para dorar esculturas a finales de la Edad Media, los artistas solían utilizar láminas de oro muy finas sobre una base de plata. Científicos del Instituto Paul Scherrer PSI lograron por primera vez producir imágenes 3D a nanoescala de este material conocido como Zwischgold. Las imágenes muestran que se trataba de una técnica de producción medieval muy desarrollada y muestran por qué la restauración de artefactos dorados tan valiosos es tan difícil.
Las muestras examinadas en Swiss Light Source SLS utilizando uno de los métodos de microscopía más modernos fueron inusuales incluso para el experimentado equipo de PSI: pequeñas muestras de material de un altar y estatuas de madera del siglo XV. El altar probablemente se hizo alrededor de 1420 en el sur de Alemania y durante mucho tiempo estuvo en una capilla de montaña en Alp Leigtern en el cantón suizo de Valais. Hoy se encuentra en exhibición en el Museo Nacional Suizo (Museo Nacional de Zúrich). En el centro está María acunando al niño Jesús. La muestra material se tomó de un pliegue del manto de la Virgen María. Las diminutas muestras de los otros dos edificios medievales fueron suministradas por el Museo Histórico de Basilea.
El material se utilizó para dorar las figuras de los santos. En realidad, no es pan de oro, sino una lámina especial de doble cara de oro y plata en la que el oro puede ser ultrafino porque está sostenido por la base de plata. Este material, conocido como oro intermediario, era significativamente más económico que usar pan de oro puro.
«Aunque el Zwischgold se usaba con frecuencia en la Edad Media, hasta ahora se sabía muy poco sobre este material», dice el físico de PSI Benjamin Watts: «Es por eso que queríamos examinar las muestras usando tecnología 3D que puede hacer visibles detalles extremadamente finos».
Aunque anteriormente se habían utilizado otras técnicas de microscopía para estudiar Zwischgold, solo proporcionaron una sección transversal 2D a través del material. En otras palabras, solo era posible ver la superficie del segmento cortado en lugar de mirar el material.
A los científicos también les preocupaba que el corte pudiera haber alterado la estructura de la muestra. La técnica avanzada de imágenes microscópicas que se utiliza hoy en día, la tomografía picográfica, proporciona por primera vez una imagen en 3D de la composición exacta de Zwischgold.
Los rayos X producen un patrón de difracción.
Los científicos de PSI llevaron a cabo su investigación utilizando rayos X del Swiss Light Source SLS. Estos generan tomógrafos que muestran detalles en el rango nano, es decir, millonésimas de milímetro.
«La pticografía es una técnica bastante sofisticada porque no hay una lente objetiva que cree una imagen directamente en el detector», explica Watts.
De hecho, la picografía crea un patrón de difracción de la superficie iluminada, es decir, una imagen con puntos de diferentes intensidades. Mediante una manipulación bien definida de la muestra, es posible generar cientos de patrones de difracción superpuestos.
«Luego podemos combinar estos patrones de difracción como una especie de Sudoku gigante y calcular cómo se veía la imagen original», dice el físico. Se puede combinar una serie de imágenes picográficas tomadas desde diferentes direcciones para crear un tomograma 3D.
La ventaja de este método radica en la resolución extremadamente alta. «Sabíamos que la muestra de Zwischgold tomada por Mary tenía un grosor del orden de cientos de nanómetros», explica Watts. «Así que teníamos que ser capaces de revelar detalles aún más finos».
Los científicos lo han conseguido con la ayuda de la tomografía pticográfica, tal y como informan en su último artículo de la revista especializada Nanoescala («Una mirada moderna a una hoja de metal medieval de dos capas: nanotomografía de Zwischgold»).
«Las imágenes en 3D muestran claramente cuán delgada y uniforme es la capa de oro sobre la capa base de plata», dice Qing Wu, primer autor de la publicación. La historiadora del arte y científica conservacionista se doctoró en la Universidad de Zúrich en cooperación con el PSI y el Museo Nacional Suizo. «Muchas personas asumieron que la tecnología medieval no era particularmente avanzada», comenta Wu. «Al contrario: esto no era la Edad Media, sino una época en la que las técnicas de metalurgia y dorado eran increíblemente avanzadas».
Receta secreta revelada
Desafortunadamente, no hay registros de cómo se hizo Zwischgold en ese entonces. «Suponemos que los artesanos mantuvieron su receta en secreto», dice Wu.
Sin embargo, basándose en imágenes a nanoescala y documentos de épocas posteriores, el historiador del arte ahora conoce el método utilizado en el siglo XV: primero, el oro y la plata se martillaban por separado para producir láminas delgadas, y la lámina de oro tenía que ser mucho más delgada que la plata. A continuación, las dos láminas metálicas se procesaron juntas.
Wu describe el proceso: «Esto requería herramientas de impacto especiales y bolsas con diferentes insertos hechos de diferentes materiales, en los que se insertaban las películas», explica Wu. Este fue un procedimiento bastante complicado que requirió especialistas altamente calificados.
«Nuestras investigaciones de muestras de oro intermedias mostraron que el grosor promedio de la capa de oro era de unos 30 nanómetros, mientras que el pan de oro producido en el mismo período y región tenía un grosor de unos 140 nanómetros», explica Wu. «Este método ahorró oro, que era mucho más caro».
Al mismo tiempo, también había una jerarquía de materiales muy estricta: el pan de oro, por ejemplo, se usaba para el halo de una figura, mientras que el oro entrehojas se usaba para la túnica. Debido a que este material es menos brillante, los artistas lo usaban a menudo para teñir el cabello o la barba de sus estatuas.
«Es sorprendente cómo alguien podría hacer un material a nanoescala con solo herramientas manuales», dice Watts. Los artesanos medievales también se beneficiaron de una propiedad única de los cristales de oro y plata cuando se presionan juntos: su morfología se conserva en toda la película de metal. “Una feliz coincidencia de la naturaleza que asegura que esta tecnología funcione”, dice el físico.
La superficie dorada se vuelve negra.
Sin embargo, las imágenes 3D muestran una desventaja de usar oro intermedio: la plata puede penetrar y cubrir la capa de oro. La plata se mueve sorprendentemente rápido, incluso a temperatura ambiente. A los pocos días, una fina capa de plata cubre por completo el oro. En la superficie, la plata entra en contacto con el agua y el azufre del aire y se corroe.
«Como resultado, la superficie dorada del Zwischgold se vuelve negra con el tiempo», explica Watts. «Lo único que puedes hacer al respecto es sellar la superficie con un barniz para que el azufre no ataque la plata y forme sulfuro de plata».
Los artesanos de Zwischgold fueron conscientes de este problema desde el principio. Usaron resina, pegamento u otras sustancias orgánicas como barniz. «Pero en el transcurso de cientos de años, esta capa protectora se ha descompuesto, lo que permite que continúe la corrosión», explica Wu.
Debido a la corrosión, más y más plata migra a la superficie y hay una brecha debajo del oro intermedio.
«Nos sorprendió la claridad con la que se podía ver esta brecha debajo de la capa de metal», dice Watts. Especialmente al probarse la bata de María, el oro intermedio se había separado claramente de la capa base. «Esta brecha puede provocar inestabilidad mecánica y sospechamos que, en algunos casos, solo la capa protectora sobre el oro intermedio mantiene la lámina de metal en su lugar», advierte Wu.
Esto plantea un gran problema para la restauración de objetos históricos, ya que el sulfuro de plata se ha asentado en la capa de barniz o incluso más abajo.
«Cuando eliminamos los antiestéticos productos de corrosión, la capa de pintura también se cae y lo perdemos todo», dice Wu.
Ella espera que en el futuro sea posible desarrollar un material especial que pueda usarse para llenar el vacío y reparar el oro en el medio. “Con la ayuda de la tomografía ptychographic, pudimos verificar qué tan bien cumpliría su tarea un material de refuerzo de este tipo”, dice el historiador del arte.
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