Científicos del Instituto Paul Scherrer (PSI) han logrado producir imágenes 3D a nanoescala de zwischgold, un material que consiste en una lámina de oro ultrafina sostenida por una capa base de plata, que se utilizó para dorar esculturas a finales de la Edad Media.
En un papel publicado en la revista Nanoescalalos investigadores dicen que su examen de esta técnica de producción medieval altamente sofisticada explica por qué es tan difícil restaurar artefactos dorados tan preciosos.
Para llevar a cabo su estudio, los científicos utilizaron sofisticadas técnicas de microscopía para analizar muestras diminutas de materiales tomados de un altar y estatuas de madera originarias del siglo XV. Se cree que el altar, que muestra a María acunando al niño Jesús, se construyó alrededor de 1420 en el sur de Alemania y permaneció durante mucho tiempo en una capilla de montaña en Alp Leigtern, en el cantón suizo de Valais.
La muestra material se tomó de un pliegue del manto de la Virgen María. El Museo Histórico de Basilea suministró pequeñas muestras de las otras dos estructuras medievales.
No hoja de oro
Zwischgold se utilizó para dorar figuras sagradas. En realidad, no es pan de oro, que era bastante caro, sino una lámina especial de oro y plata de doble cara en la que el oro puede ser ultrafino porque está sostenido por la base de plata.
“Aunque el zwischgold se usaba con frecuencia en la Edad Media, hasta ahora se sabía muy poco sobre este material”, dijo el físico de PSI Benjamin Watts en un comunicado de prensa. “Así que queríamos investigar las muestras utilizando tecnología 3D que puede visualizar detalles extremadamente finos”.
Anteriormente se habían utilizado otras técnicas de microscopía para examinar el zwischgold, sin embargo, solo proporcionaron una sección transversal 2D del material. En otras palabras, solo era posible ver la superficie del segmento cortado, en lugar de mirar dentro del material. Los científicos también estaban preocupados de que cortarlo pudiera haber cambiado la estructura de la muestra.
Pero un método avanzado de imágenes de microscopía que se usa hoy en día, la tomografía ptychographic, proporcionó una imagen 3D de la composición exacta de zwischgold por primera vez.
“La pticografía es un método bastante sofisticado, ya que no hay una lente objetiva que forme una imagen directamente en el detector”, explicó Watts. La pticografía en realidad produce un patrón de difracción del área iluminada, en otras palabras, una imagen con puntos de diferente intensidad.
Al manipular la muestra de una manera definida con precisión, es posible generar cientos de patrones de difracción superpuestos. “Luego podemos combinar estos patrones de difracción como una especie de Sudoku gigante y averiguar cómo se veía la imagen original”, dijo. Se puede combinar un conjunto de imágenes picográficas tomadas desde diferentes direcciones para crear un tomograma 3D.
La ventaja de este método es su resolución extremadamente alta. “Sabíamos que el grosor de la muestra de zwischgold tomada de Mary era del orden de cientos de nanómetros”, dijo Watts. “Así que teníamos que ser capaces de revelar detalles aún más pequeños”.
Las imágenes en 3D muestran cuán delgada y uniforme es la capa de oro sobre la capa base plateada.
“Muchas personas habían asumido que la tecnología en la Edad Media no era particularmente avanzada”, dijo Qing Wu, autor principal del artículo. “Al contrario: esto no era la Edad Media, sino un período en el que las técnicas de metalurgia y dorado estaban increíblemente bien desarrolladas”.
Receta secreta revelada
Wu señaló que, lamentablemente, no hay registros de cómo se producía el zwischgold en ese momento.
Pero 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, por lo que la película de oro tenía que ser mucho más delgada que la plata.
Luego se trabajaron juntas las dos láminas de metal.
“Esto requería herramientas especiales para batir y bolsas con varios insertos hechos de diferentes materiales en los que se insertaban las láminas”, explicó. Este fue un procedimiento bastante complicado que requirió especialistas altamente calificados.
“Nuestras investigaciones de muestras de zwischgold mostraron que el espesor promedio de la capa de oro era de alrededor de 30 nanómetros, mientras que el pan de oro producido en el mismo período y región tenía un espesor de aproximadamente 140 nanómetros”, dijo Wu. “Este método ahorraba oro, que era mucho más caro”.
Al mismo tiempo, también había una jerarquía de materiales muy estricta: el pan de oro se usaba para hacer el halo de una figura, por ejemplo, mientras que zwischgold se usaba para la túnica.
Debido a que este material tiene menos brillo, los artistas a menudo lo usaban para teñir el cabello o la barba de sus estatuas.
«Es increíble cómo alguien con solo herramientas manuales pudo crear un material a nanoescala», señaló 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 coincidencia afortunada de la naturaleza que asegura que esta técnica funcione”, dijo el físico.
