Qing Hanedanlığı döneminde Çin'de, zanaatkarlar 'tian-tsui' adı verilen bir teknikle süs eşyalarını parlak kral kuşu tüyleriyle zenginleştirirdi. Northwestern Üniversitesi Sanat Bilimsel Çalışmalar Merkezi'ndeki bilim insanları, yüksek enerjili X-ışını görüntüleme kullanarak bu tüylerin benzersiz yapısını benzeri görülmemiş bir nanometre düzeyinde çözdüler. Bulgularını Amerikan Bilim Geliştirme Derneği'nin yıllık toplantısında sundular.
Doğanın en üst düzey nano-üretici olduğunu biliyoruz. Kelebek kanatlarındaki, sabun köpüklerindeki, opallerdeki veya böcek kabuklarındaki parlak ışıltılı renkler, herhangi bir pigment molekülünden değil, yapı biçimlerinden kaynaklanır. Bunlar, doğal olarak oluşan fotonik kristallerdir. Doğada, örneğin böceklerin ortak bir polisakkariti olan kitin pulları, kiremit gibi düzenlenmiştir. Esasen bir kırınım ağı oluştururlar; ancak fotonik kristaller yalnızca belirli renklerde, yani ışık dalga boylarında renk üretirken, bir kırınım ağı prizma gibi tüm tayfı üretir. Kral kuşu tüylerinde renk, merkezi şaft boyunca uzanan keratin ipliklerinin paralel sıralarını kaplayan mikroskobik sırtlardan kaynaklanır.
Fotonik bant aralıklı malzemeler olarak da bilinen fotonik kristaller "ayarlanabilir"dir, yani belirli dalga boylarını bloke edip diğerlerinin geçmesine izin verecek şekilde hassas bir şekilde sıralanmışlardır. Kiremitlerin boyutunu değiştirerek yapıyı değiştirdiğinizde, kristaller farklı bir dalga boyuna duyarlı hale gelir. Optik iletişimde dalga kılavuzları ve anahtarlar, ayrıca filtreler, lazerler, aynalar ve çeşitli anti-yansıtıcı gizleme cihazlarında kullanılırlar.
19. yüzyıl şairi Gerard Manley Hopkins, "As Kingfishers Catch Fire" adlı şiirinde kral kuşunun parlak tüylerine saygı duruşunda bulunmuş olsa da, Çinli şairler ve sanatçılar onlardan çok daha önce övgüler yağdırıyordu. Tian-tsui ("kral kuşlarıyla noktalamak") tüylerin ne kadar değerli olduğunun önemli bir örneğidir. Tüyler kesilip altın varaklı gümüş üzerine yapıştırılır ve yelpazeler, saç tokaları, perdeler ve paneller veya baş süsleri gibi eşyalar için kakma olarak kullanılırdı; göz kamaştırıcı renkleri geliştirmek için karmaşık desenlerde dikkatlice yönlendirilirdi. Tüyler o kadar popülerdi ki, Çin Komünist Devrimi'nin ardından kral kuşu popülasyonları tehlike altındaki türler ilan edildi. Son tian-tsui atölyesi 1933'te kapandı.
Süngerimsi Bir Nano Yapı
Kuzeybatı ekibi, kimya ve nanoyapılar alanında uzmanlığı olan ve bu uzmanlığı kültürel miras çalışmalarıyla birleştirmeye ilgi duyan doktora sonrası araştırmacı Madeline Meier aracılığıyla tian-tsui objelerindeki kral kuşu tüylerini incelemeye başladı. İlk adım, Qing Hanedanlığı ekranları ve panellerinde kullanılan kuş türlerini ve diğer malzemeleri belirlemekti. Araştırmacılar, alttaki nano yapıyı daha yakından görmek için üst katmanları dikkatlice kazıdılar ve tüyleri taramalı elektron mikroskobu ile görüntülediler. Hiperspektral görüntüleme, ekranların farklı alanlarının ışığı nasıl emdiğini ve yansıttığını ortaya koydu.
Ekip ayrıca Chicago'daki Field Müzesi ile olan ortaklığından yararlanarak ekran tüylerini müzenin geniş takside edilmiş kuş türleri koleksiyonuyla karşılaştırdı. Ekranlar ve panellerde, yeşil tonlar eklemek için kullanılan yeşilbaş ördeklerin yanı sıra adi ve kara başlı kral kuşlarının tüyleri bulunuyordu. Son olarak, X-ışını floresansı ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, altın varak, pigmentler, yapıştırıcılar ve diğer malzemelerde kullanılan çeşitli kimyasalların bir haritasını oluşturmalarını sağladı.
En son, laboratuvar Argonne Ulusal Laboratuvarı ile ortaklık kurdu ve kral kuşu tüylerinin nano yapısını daha da iyi incelemek için senkrotron radyasyonu kullandı. Senkrotron radyasyonu, bir parçacık hızlandırıcısı içinde üretilen çok yüksek yoğunluklu bir X-ışını demeti olmasıyla geleneksel X-ışınlarından farklıdır. Elektronlar, küçük bir senkrotronda hız artışı elde eder ve burada ışık hızına yakın hızlarda hareket ettikleri bir depolama halkasına enjekte edilir. Bir dizi mıknatıs, elektronları büker ve odaklar ve bu süreçte, daha sonra ışın hatlarına odaklanabilen X-ışınları yayarlar.
Bu, genel olarak, kullanılan dalga boyu ne kadar kısa olursa (ve ışığın enerjisi ne kadar yüksek olursa), görüntülenebilecek ve/veya analiz edilebilecek ayrıntılar o kadar ince olacağından, non-invaziv görüntüleme için idealdir. Kral kuşu tüyü kakmalı Qing Hanedanlığı baş süsleri gibi kırılgan arkeolojik eserleri zarar vermeden görüntülemek için popüler bir teknik haline gelmiştir. Bu durumda, görüntüleme, tüylerin mikroskobik sırtlarının, ışığı yansıtan ve dağıtan, böylece tüylere muhteşem parlaklıklarını veren, yarı düzenli, gözenekli, sünger benzeri bir şekle sahip olduğunu ortaya çıkardı.
Ortak yazar Maria Kokkori, "Çin şiirinde ve sanatında uzun süredir hayranlık duyulan kral kuşu tüylerinin inanılmaz optik özelliklere sahip olduğunu söyledi. "Keşiflerimiz, yalnızca tarihi malzemeler hakkındaki anlayışımızı geliştirmekle kalmıyor, aynı zamanda sanatsal ve bilimsel inovasyon ile sürdürülebilir malzemelerin geleceği hakkındaki düşüncelerimizi de yeniden şekillendiriyor.".
