En ny guldstandard for sikrere keramiske belægninger

At lave din egen keramik kan være en måde at udtrykke din kreativitet på, men nogle teknikker og materialer, der bruges i processen, kan betyde dårlige nyheder for dit helbred og miljøet. Hvis den ikke er forberedt ordentligt, nogle glaserede keramik kan udvaske potentielt skadelige tungmetaller. Forskere rapporterer nu fremskridt hen imod en ny type glasur, der inkluderer guld og sølv nanopartikler, som er mindre giftige og mere miljøvenlige end de nuværende formuleringer, samtidig med at det giver livlige farver.

Forskerne præsenterer deres resultater gennem American Chemical Society (ACS) SciMeetings online platform.

Glasurer gør keramik skinnende og vandtæt, og de tilføjer også farve, som afsløres ved at brænde lerobjektet i en ovn. Disse materialer har været kendt for at indeholde potentielt skadelige ingredienser, selvom mange producenter nu har fjernet dem. "Men selv i dag, du kan stadig finde keramiske glasurer på markedet, der indeholder skadelige tungmetaller, " siger Ryan Coppage, Ph.D., projektets hovedefterforsker. "For at opnå de klareste farver har det traditionelt krævet at bruge større mængder tungmetaller, såsom barium og cadmium, som kan udvaskes fra overfladen og er giftige ved sådanne niveauer."

For at udvikle en sikrere glasur af den ønskede farve, forskerne vendte sig mod små nanopartikler af guld og sølv. Selvom disse metaller teknisk set anses for "tunge, " de betragtes som godartede i små mængder. Faktisk, de bruges ofte i medicinske applikationer, såsom i injektioner mod leddegigt og som ingredienser i antimikrobielle præparater. Guld og sølv har en meget genkendelig gul eller hvid metallisk glans, når de ses på makroskalaen, men når den er skåret ned til nanoskalaniveauet – dvs. mellem 1 og 100 nanometer pr. partikel - de kan antage helt forskellige nuancer. Deres farve skifter, afhængig af størrelsen af ​​partiklen; guldpartikler i nanoskala kan producere dybe røde og blå nuancer, og små sølvfarvede kan se røde eller endda lysegrønne ud.

Det viser sig, guld og sølv nanopartikler er blevet brugt i kunstværker i århundreder, uden håndværkere selv ved det. "Nanopartikler brugt i historiske værker var tilfældige snarere end tilsigtede, " siger Nathan Dinh, der arbejdede på holdet. Han og Coppage er på University of Richmond. I middelalderen, håndværkere ville male guld og sølv til et meget fint pulver eller bruge guld- eller sølvsalte i deres håndværk, såsom farvestrålende farvede glasvinduer og kalke. "I moderne tid, ingen har rigtig lagt guld- og sølvnanopartiklerne i glasurer fra bunden, så de kan fyres i de samme ovne som kunstnere bruger i dag, " siger Dinh. "Det er det, vi prøver at gøre med vores arbejde. Vores mål er at implementere historiske teknikker ved hjælp af moderne teknologi og knowhow."

For at opnå den optimale keramiske glasur, forskerne startede med en simpel glasurbase og blandede den med forskellige kombinationer og størrelser af guld- og sølvsalte og nanopartikler. Derfra, de anvendte disse testglasurer på lergenstande og brændte dem i en traditionel keramisk ovn brugt af lokale kunstnere. Ved mikroskopisk undersøgelse, forskerne fandt ud af, at affyringsprocessen ændrer formen og størrelsen af ​​nanopartiklerne, hvilket igen påvirker den endelige farve. De resulterende nuancer afhang af kilden til metallerne, samt de anvendte koncentrationer. Og ved at kombinere begge metaller i den samme glasur, Dinh og Coppage kunne producere en bred vifte af farver med det samme udstyr som hobbykeramikere.

Da der kun kræves en lille brøkdel af ædelmetal til denne nye glasur, det er både omkostningseffektivt og miljøvenligt. Faktisk, forskerne vurderer, at glasering af en enkelt kop kun vil koste mellem 30 og 40 cent. Og fordi disse nanopartikler er meget mere effektive til at producere farver end andre metaller, forskerne behøvede kun at tilføje en meget lille mængde guld eller sølv, ca. 0,01 vægt-%. Det er i modsætning til konventionelle glasurer, der indeholder tungmetaller; disse glasurer indeholder ofte 5-15 % tungmetaller efter vægt – med manganglasurer, der indeholder op til 50 % for metallisk glans.

Næste, Coppage og team planlægger yderligere at udforske præcis, hvordan brændingsprocessen ændrer guld- og sølvnanopartikler, hvilket vil hjælpe dem med at finjustere de resulterende farver. Derefter, de planlægger at inkorporere andre metal nanopartikler i glasurer, potentielt føre til en bredere vifte af farver, som kunstsamfundet kan drage fordel af.