科学网—用电镜技术助力材料科学研究与文化遗产保护
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2024-12-17 12:28
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由上海科技大学主办的“电子显微成像技术在材料与文化遗产保护中的应用”论坛近期在西安举办。来自故宫博物院、中国科学院物理研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所、宁夏大学、秦始皇帝陵博物院、北京大学、华南理工大学、华东师范大学、《自然-计算科学》（Nature Computational Science）《自然材料》（Nature Materials）期刊编辑部、武汉大学、中国科学院大学、陕西省文物保护研究院、陕西省考古研究院、西安交通大学、复旦大学、上海科技大学等高校及科研院所的20余位专家出席论坛并以电子显微成像技术为指导，结合文物考古与文物保护的实际需求进行了21场学术报告，围绕电子显微成像技术在材料科学中的前沿应用、电子显微成像技术在考古文物中的应用、电子显微成像技术在文化遗产保护中的作用、新技术与新方法的结合应用及跨学科合作与未来发展方向等6个议题，从多学科角度开展前沿探讨，形成了丰硕的交流成果。300余名科研界和文物考古界的研究人员和学生参加论坛。上海科技大学物质科学与技术学院王竹君教授担任论坛主席。
中国紫的起源与国内外相关研究
近年来，上海科技大学物质学院的王竹君教授和刘志教授等科研人员自主研发电子显微镜，并运用电子显微成像技术，在材料科学与文化遗产保护领域发挥科技助力作用，促进考古研究及自然科学与人文学科的融合。
例如，紫色在古代是自然界中是极难获得的一种色彩，历史上迄今未曾发现过天然的紫色颜料。刘志教授2003年在西安兵马俑参观时，看到1号坑外的大厅里正展出两个带颜色的俑人，其中跪射俑的裙子是紫色的。这一色彩引起了刘志教授极大的兴趣，于是由此着手，与团队一起在上科大开始了一系列关于中国紫的研究。
据王竹君教授介绍，中国蓝、中国紫、中国深蓝这三种材料都是由国外学者最早发现的，其中只有中国深蓝的发现有中国人夏寅（作为第二发现者）的参与。1997年时，国外学者曾成功合成过中国紫，并发现这是最早的人工合成的量子材料。所谓量子材料，是指在特殊条件下表现出能量不连续性的材料。上海科技大学物质学院的研究团队通过对兵马俑紫袍驭手中紫色颜料的分析发现，这种合成技术早在战国时期就已出现，而具有特殊结构的中国紫，则广泛存在于春秋至汉代，在东汉时期消失。其存在时间跨越了约900年，合成产品的质量因使用者社会地位的不同而有所差异。秦代时，中国人的服饰主要以黑色、紫色和红色为主，其中紫色主要来自于官方委托的烧制工艺。虽然秦代人并不了解紫色颜料的微观结构，但他们已经掌握了通过硝砾五石合成中国紫的技术。根据对秦汉墓葬中中国紫样本的检测，其纯度约为30%，而兵马俑中的紫色纯度则高达95%以上。值得一提的是，中国历史上正式烧制紫色的官窑工艺，直到宋代才开始出现。
2000 年前后，国际上曾有一批关于中国紫的论文发表，但当时合成中国紫主要采用水热法，与中国秦代的合成方法不同。
上科大团队通过电镜已能合成100%纯度中国紫
“我们近期通过电镜看到，中国紫的结构为硅酸铜钡，这与2000年前后国际上合成的中国紫相同。我们还发现，秦人已经具备控制中国紫合成的能力。”王竹君教授告诉记者，上科大物质学院团队现在正尝试把合成中国紫所需的原料放到电镜里，通过化学方法使晶体形核生长，借助电镜在原子尺度下观察晶体的生长过程，在掌握其机理的基础上，反推中国古人烧制中国紫的过程，并模拟所需条件，全过程还原古代中国紫的烧造细节。通过这种方法，无论是85%、95%，还是100%纯度的中国紫，都可以被合成。
王竹君教授表示：“在文博领域，例如耀州窑瓷器，以及青铜器浇筑过程中的一些技术难题，都可以通过电镜方法得到解决。我们提供原子尺度的信息，具体能解决什么问题则由从事科技考古的专家来决定。”这次的会议除了把国内电镜领域的科研人员召集到一起，还有一半参会者来自文博、考古专业，与会者们围绕中国紫的研究展开讨论，同时也就陶瓷、青铜器、玉器等文物研究中需要电子显微技术支持的其他问题进行了深入交流，了解彼此的需求以及可以相互提供的支持，这类跨学科合作在国内尚属首次。上海科技大学近年与故宫博物院、秦始皇帝陵博物院合作开展的关于中国紫研究的相关成果预计将于2025年春季发布。
论坛期间，专家学者还考察了汉景帝阳陵、陕西省历史博物馆和秦始皇帝陵博物院，进一步对文物的保护、研究及其背后文化的展示与交流提出各自的宝贵建议。此次论坛的成功举办不仅促进了文物保护技术的进步，也为文化遗产的展示与交流开辟了新的路径，进一步推动了跨学科合作与文物保护领域的创新发展。
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主题：中国紫|研究|技术|王竹君教授|上海科技大学物质学院