Тайны древних материалов

Когда старшина Массачусетского технологического института Шеннон Тейлор просматривает микроскоп на крошечных образцах древних артефактов или их реплик, она видит отдельные очертания отдельных зерен и сложную кристаллическую структуру из меди и серебра, которые они содержат. То, что она не обязательно видит, – это жизнь и культура людей, которые создали эти материалы 500 лет назад.

Но Тейлор – научный сотрудник по материаловедению и инженерной специальности из Северной Каролины, который любит читать мистические романы и экспериментирует с новыми рецептами в свое свободное время – имел возможность во время пребывания в Институте смотреть за пределы микроскопа. Она вошла в сапоги металлического кузнеца прямо на кампусе Массачусетского технологического института, и она отправилась в 500-летние церкви в Мексике.

Однако эти приключения не всегда были частью ее плана.

Тайны древних материалов

Дочь статистика и математика Тейлор однажды подумала, что может изучать математику. Занимаясь математикой и наукой с юного возраста, она любила заниматься научными проектами в начальной школе. «Я придумал один проект, подсчитывающий семена в яблоках, чтобы узнать, какое среднее количество семян было», – вспоминает она.

В свой первый год обучения в средней школе она была приглашена представить свой проект – эксперимент «на дому» по деградации переработанной бумаги на свалках – на Международной научно-технической ярмарке Intel. Тейлор был разочарован результатами профессиональных лабораторий, которые другие представляли, но любил ее опыт там, где она «узнала, что такое на самом деле».

После этого она подумала о том, чтобы пойти в экологическую инженерию – до своего первого семестра в Массачусетском технологическом институте, когда она взяла класс начальной химии с акцентом на материалы и вводный курс археологии и любила их обоих.

В Массачусетском технологическом институте археология находится в отделе материаловедения и инженерии (DMSE), отмечает Тейлор. «Это требует более научного подхода, чем ваша основная археологическая программа».

Тейлор попробовал свою руку как металлический кузнец в одном из ее классов, 3.094 («Материалы в человеческом опыте»). «Мы на самом деле бросаем прямоугольные слитки из меди и серебра, – вспоминает Тейлор. «Мы должны работать и забивать их в кузнице в подвале здания 4».

Весной ее первого года обучения Тейлор начал исследовательский проект по металлам в Мексике и Южной Америке с Дороти Хослер, профессором археологии и древних технологий в DMSE, через программу MIT’s Undergraduate Research Opportunity Program. Чтобы начать ее, Хослер назначил Тейлора артефакт 15-го века: маленький медно-мышьяковый колокол со своего места в Белизе.

Работа Тейлора с Хослером продолжалась на протяжении всего времени в Институте. За химией и механикой металлов, которые она изучает, Тейлор узнал немало об их истории.

«Мало того, что их металлические и литейные свойства важны, но их цвет, особенно золото и серебро, был очень важен в культурном отношении», – объясняет Тейлор. В случае медно-серебряных сплавов древние металлические кузнецы нагревали металл до высоких температур – процесс, называемый отжигом, – для достижения серебряного цвета. Хотя они и не знали этого в то время, они воспользовались тем фактом, что медь реагирует с кислородом до серебра, образуя внешние слои оксидов меди. Затем металл можно окунуть в «травильный раствор», который удаляет эти медные слои, оставляя его блестящим серебром.

«Как они это поняли, я понятия не имею, – говорит Тейлор. «Вероятно, проб и ошибок».

Однако этот трюк влияет только на внешние слои металла; большая часть материала остается медно-серебряным сплавом – факт, который, возможно, обманул испанских конкистадоров. «Когда испанцы завоевали империи ацтеков и инков, они обнаружили, что они считали золотом и серебром, и попытались вернуть его в Испанию, но на самом деле это не было чисто», – говорит Тейлор.

Тейлор не только узнал о Мексике и ее истории – она ​​пошла туда и увидела это на собственном опыте. Два лета назад она отправилась в Мексику через Международную научно-техническую инициативу MITTI (MISTI), программу Школы гуманитарных наук, искусств и социальных наук, которая объединяет студентов с международными стажировками. Тейлор работал в физической лаборатории в UNAM, одном из национальных университетов Мексики, используя неразрушающие методы для изучения старых картин и металлических коронок для целей восстановления. По ее словам, для восстановления старых артефактов вы не просто набрасываете свежий слой краски.

«Прежде чем вы его восстановите, вам нужно много узнать о химии и структуре, – объясняет Тейлор, – чтобы как можно ближе подойти к оригинальной композиции, чтобы восстановить ее подлинным образом».

Чтобы выяснить химический состав работ, говорит Тейлор, она и ее коллеги из UNAM использовали метод, называемый рентгеновской флуоресценцией. «С помощью многих других методов вы принимаете образец, но для действительно старых вещей это не очень желательно», – говорит Тейлор.

Таким образом, команда провела бы свое снаряжение в церковь 16-го века, построенную во времена испанского завоевания, и нацелилась на фрески, расписанные на стенах церкви. Ориентируясь на фрески с высокоэнергетическими рентгеновскими лучами и измеряя энергию, излучаемую стеной, они смогли определить состав краски. Результаты работы Тейлора в Мексике были опубликованы ранее в этом году Исследовательским обществом материалов.

Помимо своих набегов в прошлое, Тейлор любит играть на флейте в Ветром ансамблех Массачусетского технологического института. «После занятий, после стресса повседневной жизни, я могу просто пойти и поиграть и сделать что-то совершенно другое», – говорит Тейлор.

После окончания следующей весны Тейлор надеется посещать аспирантуру по материаловедению. Хотя она, скорее всего, отодвинется от археологии и структурных материалов, Тейлор говорит, что ее опыт в качестве бакалавра дал ей более широкую перспективу. «Теперь я знаю, что наука – это одна ее часть», – говорит она. «Он также смотрит на людей, на которые эта наука повлияет».”