X射线揭示翠鸟羽毛结构的前所未有细节

Source: Ars Technica

海绵状纳米结构

确定羽毛来源

西北大学团队通过博士后 Madeline Meier 开始在天翠作品中研究翠鸟羽毛，她拥有化学和纳米结构背景，并希望将这些专长与文化遗产研究相结合。[first step] 是确定清代屏风和面板中使用的羽毛来源的鸟类，以及其他使用的材料。研究人员仔细刮除最上层，并使用扫描电子显微镜对羽毛成像，以更好地观察其底层纳米结构。高光谱成像揭示了屏风不同区域的光吸收和反射方式。

团队还利用中心与芝加哥自然历史博物馆的合作，将屏风羽毛与博物馆庞大的标本鸟类收藏进行比对。屏风和面板中含有普通翠鸟和黑顶翠鸟的羽毛，以及用于增添绿色调的野鸭。最后，X 射线荧光和傅里叶变换红外光谱帮助他们绘制出金箔、颜料、胶水及其他材料中使用的各种化学物质的分布图。

成像技术

最近，实验室与阿贡国家实验室合作，利用同步辐射对翠鸟羽毛的纳米结构进行更精细的观察。[Synchrotron radiation] 与传统 X 射线不同，它是一束在粒子加速器内部产生的高强度细束 X 射线。电子被发射进入线性加速器 (linac)，在小型同步加速器中加速后注入储存环，在接近光速的速度下循环。一系列磁铁弯曲并聚焦电子，在此过程中释放出 X 射线，然后通过光束线进行聚焦。

这使其非常适合非侵入式成像，因为一般而言，使用的波长越短（光能越高），能够成像和/或分析的细节就越精细。它已成为对脆弱考古文物进行无损成像的流行技术——例如带有翠鸟羽毛镶嵌的清代头饰。

纳米结构发现

在此案例中，成像显示羽毛的微观脊线下方具有半有序、多孔、海绵状的形态，这种结构能够反射和散射光线，从而赋予羽毛极其绚丽的色彩。

“在中国诗歌和艺术中长期受到赞美的翠鸟羽毛拥有惊人的光学特性，”合著者 Maria Kokkori 说。“我们的发现不仅深化了对历史材料的理解，也重新塑造了我们对艺术与科学创新以及可持续材料未来的思考。”