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      “顯微技術在古代陶瓷工藝研究中的應用”講座紀要 ——中國社會科學院考古研究所2019年度考古學研究系列學術講座(第7講)
      2019年05月21日 09:58 來源:中國考古網 作者:考古所科研處 字號

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      作者簡介:

        2019年4月24日下午,中國社會科學院考古研究所2019年度考古學系列學術講座第7講在考古所八層多媒體會議室舉行。講座由考古所劉國祥研究員主持,法國國家科學院空間結構與材料分析研究中心(CEMES-CNRS)研究員Pilippe Sciau帶來了題為“顯微技術在古代陶瓷工藝研究中的應用”的學術報告。陜西科技大學硅酸鹽質文化遺產研究院王甜副教授承擔本次講座的翻譯。

        主講人 Pilippe Sciau研究員

        Philippe Sciau研究員首先對透射電鏡(TEM)技術進行了簡單介紹。TEM是可在納米尺度上對多種材料進行表征的有力工具,是目前獲取微米尺度上結構信息的最佳技術之一,已在眾多科學領域得到廣泛應用。文物研究涉及的材料種類繁多,包括有機和無機材料,具有和現代材料一樣的多樣性,但它們狀態往往更加多元和復雜。以青花瓷為例,僅其彩料部分就是一個相當復雜的體系,可區分出許多不同的結構區域,將TEM與其他光譜和同步輻射技術(SR)結合,可以有效表征這種復雜區域的結構特征。對于TEM而言,雖然其樣品制備并不比其他先進技術更困難,然而,透射電鏡對樣品厚度要求更高,并且分析區域也更小,這也是將其應用到文化遺產材料中的主要難點。因此,如何有效利用透射電鏡,使其更好為考古研究服務,是學界所關注的問題。如前所述,文化遺產涉及材料非常多樣,Philippe Sciau研究員重點講解古陶瓷材料研究,介紹一些使用各種TEM模式的研究案例。

        講座現場

        第一個例子是關于古羅馬紅陶器(terra sigillata)的研究。南高盧產古羅馬紅陶器的陶衣是只有幾十微米厚的異質層結構。由于其產量非常大,可以收集到許多殘片,因此研究選擇了一種標準方法來獲得樣品的薄截面。透射電子顯微鏡中最常用的模式是基于衍射對比度的明場模式,采用透射光來形成圖像。由于衍射光束不參與圖像的形成,因此衍射區會顯得很暗。TEM分析表明,古羅馬紅色陶器的陶衣主要由玻璃體構成,而玻璃體中含有赤鐵礦晶體和較小的剛玉晶體。通過分析透射光束中電子的能量,由典型的電子能量損失譜(EELS)可知,光譜中包含彈性峰、等離子體峰和在較高能量下的核心電子吸收邊。EELS結果表明,赤鐵礦晶體中除了含有鐵,還有鈦和鋁;而剛玉晶體中除了含有鋁,還含有鐵。為了更全面的分析陶衣結構,研究利用ASTAR納米晶體取向分析技術去重構相分布圖和取向圖。在分析區域中,剛玉是主要的晶相,同時還含有少量的鎂鋁尖晶石。X射線衍射(XRD)定量分析證實了剛玉的高含量,同時對石英的含量進行了評估。這一結果確認了鋁在赤鐵礦和鐵在剛玉中的存在。相對而言,在意大利出土的同類陶器,其微觀結構卻非常不同,其中含有許多多種取向的微小鎂鋁尖晶石而沒有發現剛玉。這種結構特征是由于粘土含有更多的鎂,并在較低的溫度下燒成所導致的。因此,這兩類古羅馬紅陶器,顏料都源自于赤鐵礦,陶衣的特定紅色是由赤鐵礦晶體的大小、分布和組成決定的。同時,由于鋁在赤鐵礦結構中的摻雜使得陶衣的紅色更加鮮艷。二者的不同在于較早的意大利產古羅馬陶器中含有更多的鎂鋁尖晶石和較高的鎂含量,而較晚的南高盧產古羅馬陶器中含有更多的剛玉和較低的鎂含量。可以推測,sigillata技術在高盧地區的傳播與其利用含鎂低的黏土從而降低燒成溫度的工藝有關。這種變化對陶器外觀并沒有什么影響但是對其力學性能有較大的影響。南高盧的陶衣玻璃化程度更高,其陶體也有一定程度的玻化,陶體和陶衣結合的程度更好。除此以外,南高盧地區和意大利地區生產的古羅馬紅陶器外觀上十分相近,較難區分產地,但利用剛玉和尖晶石結構的分析可以幫助我們很好的對其產地進行辨別。

        講座內容

        第二個案例是對一個由法裔美國藝術家Fance Franck創作的牛血紅釉瓷的研究。對這一碎片的透射電鏡研究,選擇了與之前介紹的樣品制備方法相似的制備方法。在明場下對瓷胎觀察,可見許多針狀析晶。通過選區電子衍射,可以鑒定晶體的種類,但需要耗費較長時間。因此選擇更大范圍進行電子衍射以判斷是否存在其它物相結構,結果最終確認了胎中只有莫來石晶體存在。之后通過掃描透射電鏡(STEM)觀察莫來石結構并記錄元素分布,以獲得三維的元素分布信息。研究發現由于莫來石結構的存在使得器物在玻璃化的過程中可以保持器形不發生變化。通過對瓷釉部分進行TEM觀察,并發現一個有趣的現象,即瓷釉結構從表面到深處是變化的。瓷釉表面為單純的分相結構,銅的含量隨著深度而增加,并在釉的核心深度區域可見較大的納米級銅單質顆粒。因此,可推測為使瓷釉獲得一個較好的牛血色調,銅晶體不應分布在釉層表面且需要較低的晶體密度。

        講座內容

        綜合以上案例,TEM是一種很適合古代文物材料的微觀結構分析方法。隨著TEM樣品制備技術的發展,降低了樣品的制備的難度,幾乎所有材料都可以制備成TEM所需樣品。因此,我們可以更加便捷廣泛的應用,并深入發掘顯微結構中所蘊藏的潛在信息。

        劉國祥研究員為Philippe Sciau研究員頒發講座嘉賓聘書

        講座結束后,主持人劉國祥研究員對Philippe Sciau研究員到考古所為與會者帶來了一場前沿與專業的講座表示感謝。來自中國社會科學院考古研究所、中國國家博物館、故宮博物院、北京大學、中國科學院大學、北京科技大學等多個單位的與會者就透射電鏡在古代材料研究中存在的一些技術問題展開了熱烈討論。最后,中國社會科學院考古研究所劉國祥研究員向Philippe Sciau研究員頒發了講座嘉賓聘書。

        執筆:栗媛秋

        攝影:王海燕

        審核:朱劍

      作者簡介

      姓名:考古所科研處 工作單位:

      轉載請注明來源:中國社會科學網 (責編:齊澤垚)
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