海綿状のナノ構造

北西部チームは、化学とナノ構造の背景があり、その専門知識を文化遺産の研究と組み合わせることに興味を持っていたポスドクのマデリン・マイヤーを通じて、天咀の遺物に含まれるカワセミの羽の調査を始めました。最初のステップは、清朝時代のスクリーンやパネル、その他の素材に使用された羽毛の鳥の種を特定することでした。研究者らは最上層を慎重に除去し、その下にあるナノ構造をよりよく観察するために走査型電子顕微鏡で羽毛を画像化した。ハイパースペクトル イメージングにより、画面のさまざまな領域がどのように光を吸収および反射するかが明らかになりました。

研究チームはまた、同センターとシカゴのフィールド博物館との提携を活用し、スクリーンの羽を同博物館の剥製鳥類の膨大なコレクションと比較した。スクリーンやパネルには、カワセミやカワセミ、マガモ（緑色を加えるために使用）の羽が含まれていました。最後に、蛍光 X 線とフーリエ変換赤外分光法により、金メッキ、顔料、接着剤、その他の材料に使用されるさまざまな化学物質のマッピングが可能になりました。

最近、同研究室はアルゴンヌ国立研究所と提携し、シンクロトロン放射光を使用してカワセミの羽のナノ構造を詳しく調べた。シンクロトロン放射線は、粒子加速器内で生成される非常に高強度の X 線の細いビームであるという点で従来の X 線とは異なります。電子は線形加速器 (リニアック) に発射され、小型シンクロトロンで加速されて蓄積リングに注入され、そこで光速に近い速度まで加速されます。一連の磁石が電子を曲げて集束させ、その過程で X 線を放出し、ビームラインに集束させることができます。

一般に、使用する波長が短ければ短いほど（光のエネルギーが高くなるほど）、より詳細な画像化および/または分析が可能となるため、非侵襲性イメージングに最適です。これは、カワセミの羽がはめ込まれた清朝の頭飾りなど、繊細な考古学的遺物を損傷することなく画像化するための一般的な手法となっています。今回の場合、羽毛の微細な尾根が本来的に半規則的な多孔質のスポンジ状の形状をしており、光を反射、散乱させ、羽毛に印象的な鮮やかな色を与えていることが画像検査により明らかになった。

「カワセミの羽は中国の詩や芸術で長い間賞賛されており、驚くべき光学特性を持っています」と共著者のマリア・コッコリ氏は述べた。 「私たちの発見は、歴史的資料への理解を高めるだけでなく、芸術的および科学的革新と持続可能な素材の未来についての考え方を再構築します。」