Előfizetés a lapra

Középkori nanotechnológia

A hét kutatója, ásványtan, interjú, kémia, középkor, nanotechnológia

2018/12/17

Weiszburg Tamás – az ELTE Ásványtani Tanszék vezetője – Gherdán Katalin adjunktussal és egy kutatócsapattal különleges kutatást folytatott a középkori aranyhímzésekről. A kutatásról nemrég jelent meg egy cikk az Analytical Chemistry-ben, újszerűsége és az általuk kialakított kutatási protokoll miatt azóta is kérnek kiegészítő információkat tőlük. A műszeres analitikai vizsgálat során arra keresték a választ, hogy mintegy nyolcszáz évvel ezelőtt hogyan voltak képesek akár hetven nanométeres aranybevonatot készíteni egy párszáz mikrométeres ezüstszalagra.

(PÁSZTOR PÉTER FELVÉTELE)

– Hogy jutott el az ásványtanhoz, azon belül is egy ilyen speciális területre?

– Gyakorlatilag negyven éve foglalkozom ásványtannal, hiszen negyven éve írtam az első tudományos diákköri dolgozatomat. Középiskolában még két pályán gondolkoztam, vagy geológus, vagy régész szerettem volna lenni. Ami meghatározó volt, az a középiskolás földrajz tanárom, dr. Leél-Őssy Sándor. Ő minden hónapban három hétvégén elvitt minket terepre. A Magyarhoni Földtani Társulatnak pedig volt egy geológus szakköre, amivel bejárhattunk előadásokra az egyetemre, és terepre is vittek minket. Így úgy jöttem végül az ELTE geológus szakára, hogy gyalog bejártam már egész Magyarországot. Elég hamar az anyaggal köteleződtem el leginkább, amit a geológiában az ásványok képviselnek. Az elmúlt négy évtizedem erről szól: minél jobban megismerni az anyagot, és, ami számomra a legérdekesebb, megfejteni a benne levő történetet. Ez alapértelmezésben lehet geológiai történet, de – mint ahogy ebben a kutatásban is látjuk –, lehet emberi történet is. Utóbbi az archeometria, amikor főként természettudományos eszközökkel vizsgálunk meg egy régészeti vagy történeti anyagot, és a vizsgálatból olyan választ generálunk, amit a társadalomtudományok is fel tudnak használni.

– Mi volt a probléma ebben a kutatásban, és mi volt az ötlet, amivel sikerült megoldani?

– A középkori aranyhímzések jelentős részét úgy képzelhetjük el, hogy a hímzéshez használt selyemfonalat az emberi szem felbontó­képessége határán mozgó, pár ti­­zed milliméter vastagságú olyan ezüstszalagocskákkal tekerték be, amiknek felszínét vékony arany­réteg borítja. Azt, hogy milyen az arany tényleges vastagsága, még senki sem tudta pontosan igazolni, ahogy arról is ellentmon­dó eredmények szület­tek, hogy mi­lyen mó­don tudták e rendkívül vékony, a mikrométernél is vékonyabb, a nanotartományba eső vastag­ságú aranyréteget felvinni az ezüst felszínére. A legkorszerűbb fizikai, kémiai felületi módszerekkel sem sikerült egyértelmű eredményre jutni. Nekünk az volt az ötletünk, hogy nézzük meg keresztmetszetben. Persze ez önmagában nem nagy és nem új ötlet, sokaknak eszükbe jutott már, azonban hogyan lehet a szalagból értékelhető keresztmetszetet készíteni? Alapesetben, ha keresztmetszetet csinálunk, akkor elvágjuk a vizsgált anyagot, felpolírozzuk és beöntjük valamibe, de mivel az arany és az ezüst nagyon puha fémek, így minden mechanikai megmunkálás hatására elkenődnek. Ezért korábban senkinek sem sikerült zavartalan keresztmetszetet készíteni a szalagokból. Végül egy új műszerrel, fokuszált ionsugárral tudtunk jó keresztmetszetet készíteni. Nagyon finom „fűrésszel” tudtuk elvágni a szalagot, ezáltal egy megfelelően zavartalan felületet sikerült kialakítani.


Az aranyozott ezüstszalag

– Volt újdonság a felszíni vizsgálatok eredményéhez képest?

– A felületi vizsgálatoknál az volt az alapvetés, hogy nagyjából párhuzamos rétegekből épül fel a szalag. Olyan mérésekkel dolgoztak, amelyek például először a felső tíz nanométerből, majd a felső harminc nanométerből szereztek információt, így haladtak egyre lejjebb, és a végén extrapolálták az eredményeket az egész szalagra. A mi vizsgálataink első tanulsága, hogy az ideális rétegződés nem igaz, van egy sereg helyi, pontszerű kémiai-ásványtani „rendetlenség” a szalagokban.

Az első ilyen nyomok ásványok maradékai voltak, amik a korabeli kohászatból maradtak vissza. A kohászat során minél tisztább ezüstöt próbálnak csinálni, de óhatatlanul maradnak kis salakdarabok. Ezek tényleg kicsik – 2–300 nanométeresek –, de elárulják, hogy milyen volt az eredeti érc, illetve az ércfeldolgozás. Ezek olyan zárványok, amik teljesen rendezetlenül helyezkednek el az ezüstön belül. Ha a felületi vizsgálaton egy ilyet talál el a műszer, akkor azt külön rétegnek értelmeznénk.

Az aranyozott ezüstszalag keresztmetszete

A második nyomcsoport az aranyműves technikájára utal. A kohászatból kapott fémtömbből a mester vékony ezüstlemezt készített. Ezt kétféle technikával érhette el: kalapálhatta az ezüstöt, ekkor az elkészült lemezben az ezüstszemcsék izometrikusak, vagy hengerelhette, ekkor a szemcsék elnyúltak.

Következő kérdés, hogy hogyan került rá az arany.

A középkorban legelterjedtebb aranyozás a tűzi aranyozás, azaz amalgámozás volt. Ennek során elkeverték az aranyat higannyal, és a kapott kenhető elegyet felkenték az aranyozni kívánt felületre. Hevítve a higany elillant, az arany pedig kirakódott a felületre. Minden ilyen esetben maradt vissza azonban valamennyi higany, amit így lehet nyomjelzésre használni. Felületi vizsgálatoknál többször találtak higanyt, amiből azt a következtetést vonták le, hogy a vizsgált darabok tűzi aranyozással készültek. Más esetben rezet találtak felületi módszerekkel, amiből arra következtettek, hogy réz forrasztóanyagot használtak az ezüst és arany összekötésére. Azonban amikor megvizsgáltuk a metszetet, akkor azt láttuk, hogy az arany és az ezüst között nincs más anyag. Vagyis egyik fent említett aranyozási technológiát sem használták, hanem egyszerűen az aranyfüstöt rárakták az ezüstlemezre, és melegítés közben rákalapálták.

– De akkor vajon, hogy kerül oda a higany?

– A vizsgálatok során kiderült, hogy a higany nem a két anyag határán van, és nem is onnan diffundált be, hanem csak az aranyban, primer módon található. Tűzi aranyozásnál mindkét rétegben lenne. Az aranykohászatnál pedig tudjuk hogy használtak higanyt, így egy színarany fonál is tartalmaz belőle egy-két százalékot. A mintáinkban ahol az arany vastagsága az ezüstszalagon lekopik néhány tíz nanométerre, a higany is eltűnik.

– És mi a helyzet a rézzel?

– Vannak önálló réz göbecsek (néhány 100 nanométeresek) amik szintén még a fémfeldolgozásból maradtak vissza, ugyanúgy magukon viselik az aranyműves munkájának jeleit, belesimulnak az ezüstszemcsék közé. Azonban az ezüst csak nagyon kevés rezet tud felvenni a szerkezetébe, ha többet adagoltak hozzá – némely mintában ez elérheti akár a nyolc-tíz százalékot –, az az önálló ezüstfázis mellett önálló rézfázist alkot. Azáltal, hogy két fém van jelen együttesen, elindul egy galvanikus oldódás, a réz így kivándorol a rendszerből, üregessé válik az ezüstszalag. Vannak olyan szalagok (például a Corvinákban) amik olyanok mint egy szivacs. Így a tömör, hajlékony fémmel ellentétben ez rideg, rugalmatlan, könnyen törik, ami restaurálásnál megnehezíti a munkát. Az egész egyébként olyan volt mint egy detektív munka, az első minta lyukacsos volt, fogalmunk sem volt hogy mi ez, de aztán találtunk olyat amiben félig még ott volt a réz, félig üreges volt és olyat is, amiben a réz még a helyén maradt, így bukott ki a dolog.

– Mit tudtunk meg a vizsgálatok során?

– Tulajdonképpen négy dolognak találtunk nyomait: a kohászatnak, az elsődleges fémmegmunkálásnak, a két fém összeillesztésének, és a készítés utáni korróziónak, amelyik ezt az egész képet felülírta. Ez ugyanúgy egy történet, mint amit egy kőzetről derítünk ki, csak emberi léptékben.

Ezekből az adatokból derült ki, hogy vagy nagyon egyforma technológiával, újítások nélkül dolgoztak szerte a kontinensen, vagy csak nagyon kevés műhely volt, és az szolgálta ki egész Európát ilyen fonalakkal.

Azonban az archeometria nem von le további összefüggéseket, a gazdasági, kereskedelmi és kulturális következtetések megtalálása a történészek dolga.

PÁSZTOR PÉTER

 

2018/17