Het geheim van de briljante textuur van Kanazawa Gold Leaf kraken

Kanazawa Gold Leaf is een traditioneel Japans materiaal dat bekend staat om zijn opmerkelijke dunheid, slechts 100 nanometers – ongeveer 1/1.000 de diameter van een menselijk haar – en de briljante glans.

Gemaakt met behulp van de Etsuke-techniek, een handmatig proces van verpakking en hameren bij kamertemperatuur, wordt deze ultradunne folie vaak gebruikt om tempels, heiligdommen, ambachten en historische objecten te versieren.

Hoewel de vaardigheid van Kanazawa Artisans wereldwijde erkenning heeft gekregen, inclusief de aanduiding van UNESCO als een immaterieel cultureel erfgoed in 2020, is de wetenschappelijke reden achter de unieke dunheid onduidelijk gebleven.

Nu, onderzoekers van het Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), geleid door professor Yoshifumi Oshima, in samenwerking met doctoraatsstudent Yuanzhe Xu; Senior docent Kohei Aso; Prof. Hideyuki Murata bij JAIST, en speciaal benoemd tot professor Satoshi Ichikawa aan de Universiteit van Osaka, hebben de vervormingsprocessen ontdekt die Kanazawa Gold Leaf zijn speciale kwaliteiten geven.

Met behulp van elektronenbackscatter diffractie (EBSD) en transmissie -elektronenmicroscopie (TEM), de studie, gepubliceerd in NPJ Heritage Scienceontdekte dat tijdens het intense hamerproces de gouden kristallen door een ongebruikelijke verandering gaan. In plaats van herkristallisatie, gebruikt het materiaal niet-octahedrale slipsystemen, met name het {110}-<110> slipsysteem, die meestal inactief zijn in goud.

Dit kristalgedrag verschuift hamersstress in de [001] richting, het creëren van de karakteristieke kubustextuur die het blad zijn schittering en duurzaamheid biedt.

“Inzicht in hoe ultrathinefilms zoals Kanazawa -bladgoud kunnen worden gefabriceerd via de pack- en hamermethode bij kamertemperatuur met behoud van een {001} textuur is zowel wetenschappelijk als praktisch”, legt prof. Oshima uit.

De studie vergeleek twee soorten Kanazawa -bladgoud. Zumi -folie heeft een dikte van ongeveer 1 micrometer, terwijl het meer verfijnde nr. 4 Kanazawa -bladgoud slechts 0,1 micrometer dik is. Deze monsters vertegenwoordigen verschillende fasen van het traditionele Etsuke -hamerproces. Om de structurele veranderingen te onthullen die optreden tijdens de fabricage, gebruikten onderzoekers beeldvormingstechnieken, waaronder EBSD en TEM.

De resultaten toonden duidelijke verschillen tussen de twee materialen. In de Zumi -folie werd de kristaltextuur gemengd, met vele oriëntaties en een hoge dichtheid van dislocaties, die kleine structurele onregelmatigheden in het kristalrooster zijn. Het goudblad nr. 4 had daarentegen een goed geordende structuur met een dominante {001} kubustextuur over grote gebieden.

Deze textuur ontwikkelde zich, hoewel het hameren plaatsvond bij kamertemperatuur en het gebruikelijke herkristallisatieproces ontbrak dat meestal helpt bij de uitlijning van de kristal. De TEM -afbeeldingen boden meer inzichten en bieden direct bewijs van slipbanden, die smalle gebieden zijn waar veel dislocaties samenkomen.

De studie bevestigde de activering van het {110} – <110> slipsysteem, een vervormingsmechanisme dat zelden in goud wordt gezien. Dit was verrassend omdat dergelijke mechanismen meestal alleen worden geactiveerd onder hoge temperaturen of tijdens processen zoals rollen, die spanningen anders toepassen. Het feit dat traditionele ambachtslieden dit effect bereiken door hand te hameren bij kamertemperatuur onderstreept de precisie van de Etsuke -techniek.

Deze bevindingen zijn belangrijk voorbij de culturele betekenis van Kanazawa -bladgoud. Door uit te leggen hoe de unieke schittering en duurzaamheid van het blad zich ontwikkelt, biedt het onderzoek een wetenschappelijke basis voor de duurzame behoud van traditionele ambachten.

Artisans die doorgaan met de eeuwenoude traditie van het maken van bladgoud, kunnen nu werken met een beter begrip van de fysieke principes achter hun ambacht. Deze kennis helpt ervoor te zorgen dat culturele schatten, waaronder tempels, heiligdommen en historische kunstwerken die zijn versierd met Kanazawa -bladblad, kunnen worden bewaard en hersteld met vertrouwen in de prestaties van het materiaal.

De studie verbindt ook traditioneel vakmanschap met moderne wetenschap en technologie. De ontdekte vervormingsmechanismen kunnen het ontwerp van ultradunne metalen films met specifieke eigenschappen inspireren. Deze films kunnen toepassingen vinden in elektronica, sensoren, decoratieve coatings en nanotechnologie, waar precieze controle van kristaloriëntatie cruciaal is voor prestaties en stabiliteit.

Vooruitkijkend kunnen deze inzichten de ontwikkeling van krachtige nanomaterialen begeleiden die extreme dunheid combineren met speciale optische, mechanische en elektronische eigenschappen. Dit kan leiden tot innovaties in flexibele apparaten, duurzame decoratieve materialen en consumentenelektronica.

Zoals Prof. Oshima zegt: “Onze studie maakt de ontwikkeling van krachtige nanomaterialen mogelijk met unieke optische, mechanische en elektronische eigenschappen, het stimuleren van innovaties in consumentenelektronica, flexibele apparaten en duurzame decoratieve materialen en het bevorderen van cross-disciplinaire pauze geïnspireerd door traditioneel vakmanschap.”

Dit werk laat zien hoe traditionele Kanazawa -bladgoudtechnieken de moderne materiaalwetenschap kunnen inspireren, waardoor hun schittering toekomstige generaties blijft beïnvloeden.