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A finales de la Edad Media, los artistas doraban las esculturas con láminas de oro muy finas, reforzadas con una capa base de plata. Investigadores del Instituto Paul Scherrer (PSI) lograron por primera vez producir imágenes tridimensionales (3D) a nanoescala de este material llamado Zwischgold.
El altar examinado 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). Créditos fotográficos: Museo Nacional Suizo, Museo Nacional de Zúrich
Este fue un método de producción medieval extremadamente vanguardista y muestra por qué la restauración de artefactos dorados tan valiosos es un gran desafío.
Las muestras, que fueron examinadas en Swiss Light Source (SLS) utilizando una de las técnicas de microscopía más modernas, eran inusuales incluso para los investigadores de PSI más experimentados: pequeñas muestras de materiales extraídos de un altar y estatuas de madera del siglo XV.el Siglo.
El altar probablemente se erigió alrededor de 1420 en el sur de Alemania y estuvo durante mucho tiempo en una capilla de montaña en Alp Leigtern en el cantón suizo de Valais.
Recientemente estuvo en exhibición en el Museo Nacional Suizo (Museo Nacional de Zúrich). En el centro está María acunando al niño Jesús. La muestra material se obtuvo de un pliegue del manto de la Virgen María. El Museo Histórico de Basilea proporcionó pequeñas muestras de las otras dos estructuras antiguas.
El material utilizado para dorar las figuras sagradas era una lámina de oro y plata a dos caras, aunque el oro puede ser ultrafino ya que la base de plata lo refuerza. Este material, conocido como oro intermedio, era mucho más económico que el pan de oro puro.
Aunque Zwischgold fue ampliamente utilizado en la Edad Media, hasta ahora se sabía muy poco sobre este material. Así que queríamos estudiar las muestras usando tecnología 3D que puede visualizar detalles muy finos.
Benjamin Watts, físico, Instituto Paul Scherrer
Aunque anteriormente se han utilizado otros métodos de microscopía para analizar el oro intercalado, estos solo proporcionaron una sección transversal bidimensional (2D) a través del material. Solo fue posible observar la superficie de la sección cortada en lugar de mirar el material.
A los investigadores también les preocupaba que el corte pudiera haber alterado la estructura de la muestra. La tomografía ptychographic, la técnica de imagen de microscopía más avanzada que se usa en la actualidad, proporciona por primera vez una imagen en 3D de la composición precisa de Zwischgold.
Los rayos X producen un patrón de difracción.
Los investigadores de PSI llevaron a cabo su investigación utilizando rayos X de Swiss Light Source (SLS). Estos tomógrafos 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.
La pticografía crea un patrón de difracción del área irradiada, es decir, una imagen con puntos de diferentes intensidades. Al controlar con precisión 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 descubrir cómo se veía la imagen original». dice el físico. Se puede integrar un conjunto de imágenes picográficas tomadas desde diferentes direcciones para formar un tomograma 3D. La ventaja de esta técnica es la muy alta resolución.
Sabíamos que el espesor de la muestra Zwischgold de Mary era del orden de cientos de nanómetros. Así que teníamos que ser capaces de revelar detalles aún más pequeños.
Benjamin Watts, físico, Instituto Paul Scherrer
Los investigadores lograron esto usando tomografía ptychographic, como se muestra en su informe reciente nanoescala Artículo de revista.
«Las imágenes en 3D muestran claramente cuán delgada y uniforme es la capa de oro sobre la capa base plateada». dice Qing Wu, autor principal de la publicación.
Qing Wu es historiadora del arte y conservacionista y recibió su doctorado de la Universidad de Zúrich en colaboración con el PSI y el Museo Nacional Suizo.
Mucha gente había asumido que la tecnología no estaba particularmente avanzada en la Edad Media. Por el contrario, no estamos en la Edad Media, sino en una época en la que las técnicas metalúrgicas y doradas estaban increíblemente avanzadas.
Qing Wu, directora de estudios, historiadora del arte y científica, Universidad de Zúrich
Receta secreta revelada
Desafortunadamente, no hay registros de cómo surgió Zwischgold en ese momento. «Suponemos que los artesanos mantuvieron su receta en secreto». dice Wu.
Sin embargo, basándose en documentos e imágenes a nanoescala de épocas posteriores, el historiador del arte está familiarizado actualmente con el siglo XV.el Primero, el oro y la plata se martillaron individualmente en láminas delgadas, y la lámina de oro tenía que ser mucho más delgada que la plata. Luego lo trabajamos juntos.
Wu ilustra el proceso: «Esto requería herramientas de impacto especiales y bolsas con varios insertos hechos de diferentes materiales, en los que se insertaban las láminas». Wu explicó. Este fue un proceso bastante complicado que requirió profesionales extremadamente experimentados.
“Nuestras investigaciones de muestras de oro intermedias revelaron un espesor promedio de la capa de oro de unos 30 nanómetros, mientras que el pan de oro producido en el mismo período y región tenía un espesor de unos 140 nanómetros. Este método ahorró oro, que era mucho más caro”.
También había una jerarquía de materiales extremadamente estricta: el pan de oro, por ejemplo, se usaba para el halo de una estatua, mientras que el oro intercalado se usaba para la túnica. Dado que este material tiene menos brillo, los artistas lo usaban a menudo para teñir las barbas o el cabello de sus estatuas.
«Es increíble cómo alguien con solo herramientas manuales pudo crear un material a nanoescala”. dice Watts.
Los artesanos medievales también se beneficiaron de una característica exclusiva de la combinación de cristales de oro y plata: su morfología está bien conservada 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
Las imágenes 3D ilustran una desventaja de usar oro intermedio: la plata puede penetrar a través de la capa de oro y cubrirla. La plata se mueve increíblemente rápido, incluso a temperatura ambiente. A los pocos días, una fina capa de plata oculta el oro.
La plata se expone al agua y al azufre del aire en la superficie 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 que trabajan con Zwischgold fueron conscientes de este problema desde el principio. Usaron pegamento, resina u otros materiales orgánicos como barniz.
«Pero durante cientos de años, esta capa protectora se ha descompuesto, lo que permite que continúe la corrosión». Wu explicó.
La corrosión también lleva más y más plata a la superficie, creando un espacio debajo del oro intersticial. «Nos sorprendió lo claramente que se podía ver esta brecha debajo de la capa de metal», dice Watts. El oro intermedio claramente se había alejado de la capa base, particularmente en el patrón obtenido de la túnica de María.
«Esta brecha puede provocar inestabilidad mecánica y creemos que, en algunos casos, solo la capa protectora sobre el oro intermedio es lo que mantiene la lámina de metal en su lugar». Wu advierte.
Este es un problema importante cuando se renuevan artefactos históricos, ya que el sulfuro de plata se ha alojado en la capa de barniz o incluso más abajo.
“Si eliminamos los antiestéticos productos de corrosión, la capa de pintura se cae y lo perdemos todo”, explica Wu.
Ella cree que en el futuro es posible producir un material especial que pueda usarse para rellenar las aberturas y permitir que el oro entre ellas se adhiera.
«Usando tomografía ptychographic, pudimos verificar qué tan bien un material de consolidación de este tipo haría su trabajo». según el historiador del arte.
referencia de la revista
wu q y otros. (2022) Una mirada moderna a una hoja de metal medieval de dos capas: nanotomografía de Zwischgold. Nanoescala. doi.org/10.1039/D2NR03367D.
Fuente: https://www.psi.ch/en
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