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硅酸盐质文化遗产保护研究
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课题组简介

  硅酸盐质文化遗产保护研究课题组:

  文化遗产保护作为国家建设文化强国战略的重要内容,近年来受到党中央、国务院的极大重视,“保护文物功在当代、利在千秋”。硅酸盐质文化遗产保护课题组在以硅酸盐质为主的文化遗产保护研究中,引领学科发展,承担国家重点基础研究发展计划项目(973计划)、国家自然科学基金杰出青年基金项目、国家自然科学基金重点及面上项目、国家科技支撑计划重点项目、国家文物局"指南针计划"试点项目、上海市重大基础研究项目等多项国家和省(部、院)级科研课题。在“古代材料研究及现代应用”、“硅酸盐质文物病变机理”和“硅酸盐质文物修复保护”为重点的研究方向中取得丰硕成果。在国内外相关期刊发表学术论文百余篇,其中SCI收录40篇,申请授权专利60多项,出版专著3部。

  研究成果简介:

  1. 硅酸盐质文物病变机理

  盐害是硅酸盐质文化遗产最普遍、最严重的病害,国内外研究主要集中在文物类型、含盐种类、水盐来源、盐结晶的微观研究等方面,而关于盐、水与文物的宏观相互作用、以及盐溶液在文物内部的运移和结晶规律,目前仍缺少系统性研究。本课题组率先采用低场核磁共振技术、全自动高速X射线显微成像技术、以及超景深和偏光显微技术等,依据分子内聚力、结晶水状态、结晶生长方式等,探究最为典型的氯化钠和硫酸钠两种盐在多孔SiO2以及多孔硅酸盐质材料中的运移与分布、结晶以及对样品产生的破坏作用等情况。从微观角度揭示了盐结晶对多孔基体“圆周状收缩”的破坏规律,提出在此基础上的点式膨胀作用和板层式膨胀作用。

 

  从宏观上通过显色盐溶液的可视化追踪,寻找出样品内部“腰鼓状结晶带”的分布状况。该研究直观再现了盐溶液结晶过程中对多孔样品内部的形貌、作用等的影响,明确了对颗粒产生主要作用力和作用形貌的变化过程,为下一步如何采取有效的预防性保护起到很好的基础研究作用。

   

  针对现有的检测及除盐技术存在对文物造成二次损伤的风险,本研究采用诱导文物内部可溶盐定向结晶、转移结晶位点的方式,进行有效的除盐、控盐。申请/授权相关国内专利9项,国际专利1项;实验室评价控盐效果明显,成果已示范应用在土遗址/化石的现场保护中。

  2. 硅酸盐质文物修复保护

  2.1 户外古建筑琉璃

  目前针对古建筑琉璃构件釉面脱落的损毁研究,有报道釉层厚度、坯釉结合层、坯釉热膨胀系数匹配、坯体烧结程度等是导致釉层脱落的主要原因。但是对于已成型的琉璃构件,烧结后内部性能已经渐趋稳定,它们是如何在外界环境条件下、以哪种最主要影响因素下发生变化的研究鲜有报道。本研究通过分析典型的故宫养心殿燕喜堂琉璃筒瓦性能,并且通过研究不同模拟气象条件下琉璃构件所发生的变化,结果显示夏季高温暴雨引起釉层和胎釉界面应力分布不均是导致古建筑琉璃釉面脱落的最主要因素之一;加入纳米氟硅材料可调节釉面导热性能,减少胎与釉热传导的差异,从而有效控制琉璃瓦由于温度急剧变化导致的脱釉。

  针对琉璃断裂与开裂修复中,常规有机材料修复不耐老化的问题,提出由化学粘结转向物理固定,发明栓卯固定、磁性固定等修复技术,减少文物破坏,保留文物科技、历史信息。

 

  2.2 出土彩绘

  针对环境突变条件下陶俑彩绘层起翘、脱落、氧化等问题,创新保护材料与保护装备相结合的保护方式,有效减缓环境突变的影响。对于已起翘、脱落彩绘层进行粘结加固,研发的改性材料可以提高耐老化性,减缓了彩绘层起翘、脱落的面积。相关成果结集出版专著《出土陶质彩绘文物保护关键技术研究》荣获2014年度全国文化遗产优秀图书。

 

  针对发掘现场微环境的控制难题,发明设计了防光、隔氧、控湿、充氮、防震并具有可操作性能的便携式装备,该设备可以实现氧含量小于2%、控湿(湿度可高于95%),能够有效减缓环境突变对脆弱彩绘文物造成的损伤。

 

  2.3 考古现场出土脆弱文物

  出土脆弱文物的提取是目前考古现场保护的重点和难点。为确保脆弱文物的安全提取和运输,本团队率先采用具有升华性的薄荷醇等作为临时固型材料,提高文物的力学强度以保证考古现场的完整提取,待文物安全转移后,前期引入到文物内部的临时固型材料升华后从文物内部缓慢排出、不会对文物本体、人体和环境产生破坏作用,且不影响后续的文物绘图、测年、成分鉴定和修复,是一种完全可逆的绿色保护技术。

  “考古现场脆弱性文物临时固型提取及其保护技术”成果推广到国内100多处考古工地,抢救脆弱文物2000余件,荣获2019年国家科技进步二等奖。

  课题组现状:

  课题组现有在职科研人员3名,外聘专家4名,其中研究员3名,副研究员2名,助理研究员2名。在校硕士研究生3名。迄今已(联合)培养博士、硕士研究生多人,分别就业于北京科技大学科技史与文化遗产研究院、秦始皇帝陵博物院、西北农林科技大学博物馆、新疆维吾尔自治区博物馆等文化遗产保护相关单位。

 

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