Fig.1 Patrón Hidasuki sobre gres Bizen
Desde los misterios de la producción de colores rojos en el gres Bizen tradicional japonés hasta las bacterias oxidantes del hierro para baterías de iones de litio, El profesor Jun Takada está a la vanguardia de la investigación sobre nanomateriales innovadores de óxido de hierro.
El profesor Jun Takada está en la Escuela de Graduados en Ciencias Naturales y Tecnología de la Universidad de Okayama. "Pasé treinta años investigando cómo los artesanos podían reproducir los hermosos colores rojos en la cerámica Bizen y Arita, "explica Takada." Esta investigación reveló el importante papel de las partículas de óxido de hierro para producir los colores. Ahora estoy trabajando en aplicaciones innovadoras de materiales de óxido de hierro a escala nanométrica producidos por "bacterias oxidantes del hierro". ¡He hecho una transición de la cerámica fina y el gres Bizen a las pilas de combustible y la biotecnología! "
La vajilla Bizen tiene una historia de más de mil años. La cerámica tiene colores distintivos 'hidasuki' o 'marcados con fuego' de color marrón rojizo (Figura 1) y se produce utilizando arcilla rica en hierro extraída de los campos de arroz en el área de Bizen de la prefectura de Okayama. Curiosamente, los colores rojos se obtienen envolviendo la paja alrededor del gres y no acristalando. Pero, ¿por qué la paja que originalmente se utilizaba para separar piezas de gres en hornos, ¿Producen los colores rojos donde la pajita está en contacto con la superficie de la arcilla?
Fig.2 Óxido de hierro sustituido con Al para un nuevo pigmento rojo.
"Nuestra investigación mostró que la arcilla Bizen tenía un alto contenido de hierro, menores concentraciones de otros elementos, incluido el silicio, calcio, magnesio, y sodio, ", explica Takada." Los patrones rojos se producen por la precipitación del corindón (α-Al2O3) seguida de la formación de hermatita (α-Fe2O3) a su alrededor durante el proceso de enfriamiento ".
Más específicamente, el potasio en la paja reduce el punto de fusión de la superficie de la arcilla Bizen, que conduce a la formación de un líquido de aproximadamente 50 micrómetros de espesor en la superficie de la arcilla caliente, donde ocurren las reacciones antes mencionadas. Es más, La investigación identificó la formación de cristales tipo sándwich de partículas de α-Fe2O3 / α-Al2O3 / α-Fe2O3 durante la reacción en el enfriamiento lento (Figura 1).
"El resultado principal de la investigación fue la importancia de la hematita en la formación de los patrones de rojo hidasuki, ", dice Takada." También encontramos una relación entre el crecimiento de partículas de hematita y el color de la cerámica Bizen resultante ".
Takada y sus colegas también produjeron la llamada hematita sustituida con Al, donde la sustitución de Al suprimió el crecimiento de grano de hematita y el color del tono se hizo más fuerte con el aumento de aluminio. (Figura 2) Encontraron que las partículas de aproximadamente 100 nm producían rojo amarillento, y los tamaños de partículas más grandes dieron lugar a colores rojo y, finalmente, morado oscuro. Esta investigación finalmente permitió a los investigadores producir polvos a base de hematita que no contienen elementos peligrosos como cromo o plomo. y aumenta así la gama de aplicaciones de estos materiales, especialmente produciendo decoración Aka-e en la vajilla Arita sobre vidriado.
Fig.3 Novedoso óxido de hierro de color rojo
Inspirado por su investigación sobre hematita y partículas de óxido de hierro para producir colores rojos, Takada inició una nueva investigación sobre la preparación de tubos de nanoestructura y fibras de óxidos de hierro, conocidos como óxidos de hierro biogénicos (BIOX) (Figura 3), producidos por las llamadas bacterias oxidantes del hierro. "El precipitado marrón amarillento que se encuentra en un manantial de agua subterránea se debe a la presencia de haces fibrosos extracelulares producidos por bacterias oxidantes del hierro como Leptothrix ochracea, ", dice Takada." Nuestra investigación muestra que este material de apariencia inútil tiene algunas aplicaciones extremadamente importantes ". La investigación de Takada sobre las propiedades físicas de la matriz BIOX mostró que este óxido de hierro tiene un estado amorfo hecho de una estructura híbrida orgánica / inorgánica de nanopartículas de tamaño ~ 3 nm de muchos elementos diferentes, incluido el carbono, fosforoso, silicio, y plancha.
Las aplicaciones importantes de BIOX incluyen como material de ánodo de baterías de iones de litio, catalizadores, pigmentación del color, e innovación basada en este material de alta afinidad por las células humanas. "Nuestros estudios sobre la formación de BIOX muestran que la secreción extracelular de polímeros bacterianos desencadena el depósito y la unión de inorgánicos acuáticos como el Fe, Si, y P, que da como resultado el híbrido orgánico / inorgánico único, "dice Takada." Este BIOX de bajo costo es un material funcional ecológico y no tóxico con una amplia gama de aplicaciones, incluida la producción de cerámica fina y artes, que son las raíces de esta investigación ".
