第四届“古代材料研究专题研讨会”纪要

2019年8月21日至23日,北京科技大学科技史与文化遗产研究院主办的第四届“古代材料研究专题研讨会”在北京召开。来自国内外20余所高校、科研机构与文博单位的26位学者就古代陶瓷、玻璃、金属、有机质文物和文物保护等主题,发表了精彩的学术报告。作为系列会议的特色,学术报告后还设置了集中讨论环节,与会学者围绕“古代材料研究:问题与方法的融合”这一主题进行了热烈探讨。

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与会代表合影

冶金考古
塞浦路斯研究院的Thilo Rehren教授以“青铜时代晚期图坦卡蒙金面具的科学分析”为题介绍了其团队的研究工作。上世纪二十年代,图坦卡蒙墓葬的清理使得大量古埃及精美金器公诸于世,而法老的金面具是其中最为重要的一件。2014年,由于面具上镶嵌物再次脱落(早期修复粘接过)需要修复,文物保护与科技考古工作者得以对金面具进行一系列分析和研究工作。Thilo Rehren教授及其团队利用手持式荧光仪(pXRF)对金面具的许多不同位置及其镶嵌物进行了成分分析。他们指出金面具系利用含一定银的自然金为原料,锤鍱成金板,并通过铜焊将多 金板进行接合制作而成,古代工匠巧妙的隐藏了不同金板的衔接缝隙,研究人员通过检测面具表面铜含量异常的位置还原了金板的连接情况。金板中含有的少量铜则说明经过铜焊连接的金还会被重熔回收,导致焊接用的少量铜进入到金板原料中。面具表面镶嵌的玻璃为批量生产的钴蓝玻璃,天然石料镶嵌物则包括 本地料与进口料。
陕西省考古研究院李建西副研究员代表其团队介绍了石鼓山墓地出土青铜器的工艺研究进展。他们通过直接观察、显微镜观察和X射线照相技术,对该批青铜器铸造技术、垫片分布、扉棱制作方法进行了研究。 报告指出,92件礼容器以浑铸为主,分铸为辅,铸接、焊接为主要连接方式,铸造工艺规范化趋势显著,包括分型方式、垫片数量与位置、扉棱处理等细节均表现出高度标准化,如成对铜器铸造工艺基本完全一致,大小成对者仅垫片数量上存在细节差异。扉棱制作工艺分为浑铸扉棱无分范,浑铸扉棱中心有分范,浑铸扉棱一侧分范,分铸扉棱,技术选择与器物大小有关。石鼓山青铜礼容器多为铜锡铅三元合金,锻制铜甲为铜锡二元合金制品,面有彩绘。石鼓山青铜器中还发现“一模多器”现象,并可能存在表面镀锡工艺。
北京大学博士生张吉以“湖北省新发现的早期铁制品”为题,介绍了近年来湖北地区早期铁器的新发现及相关的分析检测结果,对比了中原地区与湖北地区陨铁、块炼铁、生铁制品的出现情况,进而讨论了中原与长江中游地区早期钢铁制品及冶铁技术的交流与互动。报告中指出,随州叶家山M111出土的铁刃铜戈为陨铁制品,是继台西村、刘家河遗址之后发现的第三件商代时期陨铁兵器;枣阳曹门湾M1出土的勾型铁器为块炼铁制品,为湖北地区最早块炼铁。就目前证据而言,中国南方发现的公元前五世纪的陨铁、块炼铁制品均出土于大型贵族墓,通过与相邻的中原地区早期铁器的对比,进而指出长江中游的湖北地区发现的陨铁、块炼铁、铸铁制品年代均稍晚于中原地区,相同的证据亦可见于铁的复合器上,推测这些铁制品可能由中国北方地区传入。
以色列耶路撒冷希伯来大学的Naama Yahalom-Mack教授以“黎凡特南部地区由铜到铁的过渡”为题,从以色列地区早期铁器和三处重要铜铁冶金遗址入手,讨论了该地区10~9 BCE 铜铁技术的转型与过渡问题。她统计了铁器时代不同阶段的铜铁器数量,发现铁器时代ⅠB阶段(11th BCE),铜器仍占主导地位;铜铁器使用转型主要发生铁器时代ⅡA(10th~9th BCE)到ⅡB(8th BCE)阶段。 还指出黎凡特南部地区冶铁、冶铜技术转型并非简单的线性发展模式,并以Tell es-Safi遗址、Megiddor遗址、Hazor遗址三处铜铁一体的冶炼遗址为例进行了论述。以Hazor遗址为例,因其存在青铜、铁、银等多种金属生产活动,且金属生产在空间分布上存在历时变化,作者推测这种变化是有意识的转变,可能与当时社会、政治背景转变有关,在工匠身上则可能表现为某一时间段内同时掌握多种金属加工工艺。
广西民族大学黄全胜教授做了题为“中国广西公元三世纪以前古代墓葬出土铁器的研究”的学术报告。黄全胜教授对广西地区冶铁遗址已有多年研究,他对该地区早期钢铁制品的深入分析加深了学界对战汉时期中原铁器及冶铁技术对岭南地区的交流与影响认识。本报告中,他对武鸣安等秧战国墓、桂平大唐城汉墓出土的铁器的分析结果显示,安等秧战国墓出土的铁锸为铸铁,表明中原农业技术传播至广西地区不晚于战国时期,广西地区以锸为主要生产工具,这大大提高了该地区农业生产力;大唐城汉墓铁锅为铸铁,长剑为炒钢制品,短剑为块炼铁制品,表明生铁技术与块炼铁技术在汉代时期并存于广西地区,而炒钢制品传入广西不晚于公元220年。
英国伦敦大学学院的Rahil Alipour博士以“编年、坩埚和铬钢:查哈克的波斯布拉德钢(Chahak Presian Pulad)”为题,介绍了伊朗Chahak遗址调查所得坩锅的分析工作及相关模拟实验结果。作者在对伊朗Yazd地区南部Chahak地区田野调查时发现公元十一世纪( 14C结果)的坩埚碎片,经检测发现,炉渣平均成分以SiO 2为主,CaO、Al 2O 3、MnO也占有较高比例,含有一定量的Cr 2O 3(以尖晶石的形式存在);渣中球形铁颗粒中也检测到铬,以及磷和少量锰、镍,较大颗粒经浸蚀后可观察到珠光体组织。报告推测,Chahak遗址坩锅钢的冶炼原料与同时期波斯穆斯林通才比鲁尼(Biruni)所著的文献中描述的“马蹄铁”、“Rusakhtaj”燃料 、“氧化镁”、“石榴皮”、“盐”、“贝壳”等配方相似,并以此进行了模拟实验。结合伊朗地区铁器分析也发现含铬的现象,报告还认为Chahak坩埚钢的制作过程中有意添加了含铬原料,而铁制品中Cr、P或可作为技术判断的依据。

古代陶瓷材料研究
西北大学的郭梦博士以“先秦时期锡衣陶初步研究”为题,从锡衣陶的确认过程、器物分布、工艺、意义四个方面进行了深入讨论。报告中提到,其团队在研究殷墟仿铜陶礼器的过程中发现部分陶器表面存在灰白色涂层,涂层分布范围规律,经检测普遍含锡,锡层与陶器基体界限明显,由此确认殷墟锡衣陶的存在。郭梦博士总结归纳了锡衣陶特征为殷人墓葬中的仿铜陶礼器,认为商朝灭亡后,商遗民延续了使用仿铜锡衣陶的传统,其中山东地区的殷遗民在春秋时期开始使用锡衣陶,殷人与锡衣陶之间的联系在春秋晚期逐渐松弛,但锡衣陶存在时间甚至可延续至汉代(长沙马王堆汉墓)。据现有证据,报告认为锡衣陶的制作工艺为贴锡箔法。同时,她还强调仿铜锡衣陶在墓葬中被当作铜礼器使用,而锡衣是赋予陶器作为铜礼器性质的关键。
中山大学的朱铁权教授以“中国古代外销瓷科技研究”为题,介绍了元青花钴料问题、唐代长沙窑彩瓷技术、宋元青白瓷溯源研究的三个案例,分享了多年来相关的分析经验与新发现。他对比了景德镇元青花与明中期青花标本的蓝彩成分、熔融扩散情况、蓝彩晶体结构与成分,认为低锰、蓝彩扩散均匀与否并非进口青花与国产青花的判别标准,而是原料处理、烧造过程的差异造成 唐代长沙窑彩绘瓷的分析显示,瓷器的褐彩主要由ε-Fe 2O 3、α-Fe 2O 3以及铁基尖晶石导致成色,绿彩系釉上彩,其釉的白色乳浊部分含有一定量锡。宋元青白瓷分析中,除了稀土元素,Nb/Ta与Zr/Hf两对元素独具特点,其中景德镇青白瓷胎、釉的Ta含量较高,可能与景德镇地处高演化花岗岩区(高演化特点之一即Ta元素的富集)的地质背景有关。
故宫博物院的段鸿莺副研究员 “紫禁城乾隆时期粉彩瓷碗的无损分析与老化研究” 为题,讨论了该批瓷碗的釉料、施彩工艺、保存现状及保护等问题。报告指出,经分析的粉彩瓷碗不同釉彩原料存在一定差别,扫描电镜元素面分布检测显示了上彩顺序系先用红色釉彩勾勒图案底线,再用其他釉彩填色,最后以黑色釉彩进行线条再勾勒,限定釉料色块区域。该批粉彩瓷碗的主要病害包括缺失、破损、釉层剥落以及风化。其中不同颜色釉彩保存状况有别,红色釉彩保存最好,绿色保存最差,整体呈逐层脱离的形式;釉层面临的风化与增生问题可分为四个类别,具体情况与不同的釉面化学成分和埋藏环境有关。
牛津大学的博士 张鋆以“钴蓝唐三彩的流行”为题,通过对已发表材料中钴蓝唐三彩器物的发现地点、墓葬等级与年代、器物类型与钴蓝装饰风格的梳理,论述了钴蓝唐三彩的流行时间、地点与使用人群,详细讨论了唐代不同阶段钴蓝唐三彩的器型、施彩的流行风格与地区特征。她指出,1955年到2019年发表材料显示,钴蓝唐三彩器物集中出现于陕西、河南的41座唐墓中,共182件,其中陕西地区墓葬多处盛唐时期,河南地区从唐初至晚唐持续流行。不同等级墓葬中,钴蓝唐三彩与唐三彩器物的数量比例统计结果显示,钴蓝唐三彩器物的使用与社会阶层无关,更常见于平民墓葬中。出土器物造型可分为器物、人物、动物、墓葬护卫队、天神护卫队、装饰、造型等七种类型,后两种类型只出现在陕西。陕西地区最受欢迎造型是人物,动物形象是两地区均流行的形制,其中马最流行,其次是骆驼。根据钴蓝装饰及色彩组合、图案,可将钴蓝唐三彩分为三型六式 同时 指出唐初,蓝彩与其他颜色同等重要,后来逐渐脱离其他颜色,成为核心装饰,预示着唐代平民对钴蓝装饰的喜爱程度逐渐增加,而唐代青花瓷的生产亦可能受到了钴蓝唐三彩的影响。
北京科技大学马泓蛟博士的报告题目为“中国古代陶瓷使用石灰石熔剂的起源和转变研究”。他首先总结了学界关于中国高温钙釉陶瓷的三个假设:(1)宋代所有的青瓷釉都是以植物灰为基础;(2)隋唐五代时期,随着白瓷出现,中国北方地区最早开始用石灰釉料;(3)晚唐和五代时期,中国南方白瓷技术的转变促使石灰釉向中国南方传播,南方石灰石釉的盛行是技术转移的结果。通过对比南方景德镇陶瓷釉与北方巩义窑、邢窑、定窑的瓷釉的CaO/P 2O 5和CaO/MgO比值以及锶同位素比值,发现景德镇陶瓷釉从唐代到明代有过两次重要的变化,北方瓷釉从北朝到金代基本没有变化,进而指出假设(2)(3)可能是错误的,陶瓷史上从植物灰釉向石灰釉配方的变化发生在南方,且石灰釉技术只在南方传播,石灰石在北方从未被用作助熔剂。
牛津大学博士生李子涵以“发现变化背后的原因:结合操作链理念与科学分析”为题,首先介绍了操作链概念的定义与应用,随后将操作链概念结合SEM-EDS分析结果应用至哥窑瓷器、传世哥窑瓷器的生产技术研究中,以期讨论传世哥窑瓷器的裂纹染色技术的背后原因。他指出现代仿哥窑瓷器生产链中,常控制釉层厚度以形成不同密度的裂纹,并以碳素墨水进行裂纹染色处理得到单色裂纹瓷器,裂纹染色处理后新形成裂纹往往没有被染色,再经埋藏处理,土壤物质进入新裂纹可得到双色裂纹瓷器。基于中国传统黑色颜料石墨与松烟均含有大量碳,使用SEM-EDS观察哥窑瓷片裂纹中碳元素水平,可用于确定瓷器裂纹着色来自于染料,还是土壤。报告还指出,裂纹染色技术的研究显示,传世哥窑瓷器的生产目的是为了迎合元代古董市场的需求。
北京科技大学刘思然副教授以“红外光谱对陶范烧成温度的测定”为题发表了其团队的最新研究成果。他首先强调了陶范及其烧造技术在青铜铸造中的重要意义,总结了对陶范材料三种主要的测温手段、特点与相关案例。由于陶范样本未达到陶器烧结温度,而适用于低温测量的重烧热膨胀法样本需求量较高。刘思然副教授及其团队开发了一套基于陶范红外光谱吸收峰位置与特征峰吸光度测量陶范烧成温度的方法。吸收峰位置法样本处理较简单,所需样本量小于0.5g,具有很强的空间分辨率但测试结果精度较低 吸光度法样本量约2g左右,关注特定吸收峰带高的相对变化,具有较高的测温精度。将该方法应用于郑州商城出土的9件陶范和5件范芯 吸收峰位置显示烧成温度低于500℃,吸光度法显示烧制温度可能在200~300℃。此外,对范面受热情况的研究表明铸造过程亦会影响表面温度,但当烘范温度高于500℃时,影响不大。根据目前的资料,可以推测商代早期至晚期的烘范温度 上升趋势,但仍需更多检测分析结果佐证。刘思然副教授最后提到两种红外光谱分析法在多种类型的考古研究中具有广泛应用前景。

古代玻璃研究
中国科学院上海光学精密机械研究所的李青会研究员的报告题目为“中国古代费昂斯和早期玻璃:技术的本土发展与丝绸之路上的中外交流”。他首先概述了早期玻璃制品的发现、不同玻璃制品的定义,并从中国古代早期釉砂、进口玻璃的发现与分析、本土玻璃案例研究和南方钾玻璃四个方面展开论述。中国古代釉砂制品率先发现于西周中期的黄河流域,如河南平顶山应国墓地、山西翼城大河口墓地等,随后传播至长江流域地区,如苏州真山达大墓、随州擂鼓墩曾侯乙墓等。不同遗址富钠、富钾、混合碱三种助熔剂的使用情况有别。其次,中国境内发现的年代较早(战国早期或更早)的真正意义上的玻璃器集中于新疆、河南、湖北等地,较为典型的有蜻蜓眼玻璃珠,这些蜻蜓眼珠多为西方特征的钠钙玻璃,使用锑基乳浊剂和着色剂。报告还通过根据钾玻璃器的成分、器型与考古背景信息勾勒出了亚洲中东部地区古代钾玻璃的传播路径:南亚向北至七河地区,再向东南和东部方向传播至中国北方和东北地区,南亚的钾玻璃和中国云南的钾玻璃也经过长江流域影响至北方地区,而中国云南的钾玻璃可能也受到过南亚的辐射和影响。
北京大学崔剑锋副教授 “淄博颜神镇出土金元时期钾钙玻璃与坩埚的分析” 为题进行了报告。颜神镇遗址位于山东省淄博市,是目前我国唯一一处经考古发掘的古代玻璃作坊,年代约为金元时期。通过对该遗址出土的玻璃制品、玻璃熔块、坩埚 系统分析,揭示了该作坊生产的玻璃为钾玻璃,器型以簪与棋子为主,颜色主要为涅白(乳浊)与铜蓝(铜着色),原料包括石英、萤石和长石,而玻璃熔炼坩埚可能使用含铝较高的耐火土制成。分析检测结果可与《颜山杂记》中提及的“凌子石”“马牙石”“紫石”对应,坩埚原料与制作“硝罐”的“大青”“矸子”相近。此外,同时期的辽上京、金上京、落马桥遗址、景德镇(元朝)等其他遗址也发现大量钾玻璃器,南海一号沉船玻璃器的分析中也观察到一些萤石颗粒。由于中国古代玻璃器制作使用萤石为助熔剂的特殊性,崔剑锋副教授推测这种玻璃可能来自颜神镇。

古代有机材料研究
中国丝绸博物馆的郑海玲馆员以“酶联免疫技术(ELISA)在蛋白质纤维鉴定中的应用”为题详细介绍了ELISA技术在古代丝绸和羊毛微量检测方面的应用 研究。报告中提到,为了获得传统的检测方法(如显微观察、光谱、质谱等)难以获得的纤维材质信息,其研究团队利用动物免疫成功制备了具有较高的敏感性和特异性的丝素蛋白抗体和羊毛特异性角蛋白抗体,此外还研制了胶体金免疫层析检测试纸和时间分辨免疫荧光检测试纸。基于免疫学的蛋白质类纺织品微痕检测体系可以为早期墓葬和遗址中肉眼不可见的丝毛残留物提供一种灵敏、特异、快速的鉴别方法,提高考古遗址有机残留物的信息提取水平,拓展研究空间和时间,为织物溯源和传播过程的研究提供新的科学依据。
中国科学技术大学科技史与科技考古系的副研究员龚钰轩以“古代丝绸的生物分子学依据”为题介绍了对贾湖新石器时代遗址三处墓葬收集的土壤样品的分析,探讨了史前丝素蛋白存在的证据,作者采用质谱法和蛋白质组学相结合的方法对关键丝素肽(the key peptides of silk fibroin)进行了表征,结果表明在8500年前的墓葬中发现了史前丝素蛋白。此外,采用同样的方法对隋炀帝萧后冠下部土壤中的蛋白残留物进行了分析,证明该残留物应属于古代的丝素蛋白,进一步证明古人采用丝绸装饰萧后冠,也为其之后的修复工作提供了可靠依据。这些发现推动了对丝绸历史以及新石器时代文明的研究。
故宫博物院的副研究员谷岸以“中国古代艺术品中的染料”为题详细介绍了对来自故宫博物院的四 藏品的案例研究,探讨了不同物体的染色过程 。他的团队采用液相色谱-高分辨质谱联用仪UPLC-QTOF对一件刺绣长袍所用颜料进行了分析,结果表明所用染料有黄檗、黄栌、红花、苏木、槐米、靛蓝。采用同样的方法对一件竹装饰桌子上棕色和黑色的竹丝进行分析, 结果显示,棕色和黑色竹丝均含有没食子酸和鞣花酸 。结合光学显微镜观察两者剖面 情况以及使用EDX确定Fe元素分布情况, 作者推测棕色的竹线直接用萃取液染色,黑色的竹线则用铁媒染剂进行染色。采用红外光谱和UPLC-QTOF对 粉笺纸 染色机理进行分析。红外光谱检测结果表明该粉笺纸剖面的白色为铅白,UPLC-QTOF分析发现了苏木的标记物(原苏木素B和氧化巴西木素), 作者推测可能用苏木将颜料铅白染成粉色再刷到画上 进行染色此外,作者还报告了利用拉曼光谱法对一盆珠宝盆景中花朵的雄蕊(红色电气石) 分析,经检测,发现红色染料是一种曙红(人造染料),由于曙红是从欧洲进口的,所以 作者推测这种电气石染色技术可能是从欧洲传入我国。
韩国安山汉阳大学文化及人类学系学者崔景哲 博士(Kyungcheol Choy) 进行了“阿拉斯加中部遗址古代灶台残留物的化学分析” 的报告。他介绍了对来自阿拉斯加中部地区“太阳河上游(USR)”古代灶台内残留物的检测分析,通过测定16个不同时间段的灶台的稳定碳、氮同位素值(δ 13C和δ 15N值), 证实每个灶台都有不同的用法。 报告指出,与房屋结构相近的几个灶台具有较高δ 15N值 表明 这些灶台都曾经进行过高营养级水生产品的加工。通过测定灶台中单个C 16:0和C 18:0脂肪酸的δ 13C值 ,作者进一步判断残留物 来源于海洋动物(推测为鲑鱼)或淡水类动物。 最后,通过与该地区现存动物的分析数据比较, 作者证实水产品特别是鲑类(或淡水鱼 )被太阳河上游晚更新世的采集狩猎者开发和食用。 该报告表明,在缺乏陶器或者动植物遗存的情况下,灶台内的有机残留物可为重建古代社会饮食结构提供重要线索。

文物保护
上海大学文化遗产保护基础科学研究院的黄晓教授发表了题为 薄荷醇——从食品添加剂到考古发掘现场临时固型材料 的报告。报告总结了该团队在薄荷醇研究中的工作进展。系统性的实验室研究证明:薄荷醇渗透性强;加固强度高;挥发后可认为无残留;加固前后对文物产生的应力都非常小,不会对脆弱文物产生额外影响;并且不改变文物的外观和微观结构。安全性研究表明,在正常工作状态下,薄荷醇对施工人员和环境都是安全的。薄荷醇与其衍生物L-乳酸薄荷酯复配,可以显著降低混合物的熔点,非常适合冬季环境使用。薄荷醇用于提取秦始皇帝陵博物馆出土的彩绘马头和弓弩遗迹、海昏侯琉璃席和棺盖板、谢尔塔拉木棺盖、唐墓壁画以及化石等不同材质的脆弱文物,成功保护了这些珍贵文物。
李炫华教授介绍了一系列新型纳米氢氧化钙材料在壁画加固中的应用。为克服现有纳米氢氧化钠材料尺寸大、难纯化、成本高等种种缺点,西北工业大学的材料团队创造性地采用了石墨烯量子点限制纳米氢氧化钙晶体生长的液相合成方法,实现了小颗粒(约80 nm)纳米氢氧化钙的低成本、简便合成,显著提高了加固材料的抗紫外能力、稳定性、渗透性、碳化速率及碳化度。该团队采用其他材料诱导纳米氢氧化钙成核的研究也取得了丰硕的成果。氮化硼纳米片(BNNS,500nm)通过“蚀刻-剥离”机理能够诱导纳米氢氧化钙(约80 nm)的合成,且在渗透加固过程中,氮化硼与纳米氢氧化钠的相分离能够自然地在壁画表面形成具有一定防火能力的BNNS富集层。此种功能材料的合成,在壁画保护领域中尚属首次。在另一项研究中,该团队发现表面活性剂的引入和配比能够调控晶体在特定晶面上生长,从而合成具有特定形状(六边形片状或针状)和粒径的纳米氢氧化钙,并用密度泛函理论计算揭示了其中机理。以上材料在节慜太子墓、郭杜万科唐墓、辽宁锦州奉国寺、富平唐代李道坚墓及陕西蒲城等地的壁画残块上进行了试用性加固。实地实验表明纳米氢氧化钠对壁画表面颜色影响很小(∆E<5,肉眼难以察觉),能够明显提高壁画表面的机械强度,是良好的壁画加固材料。
首都博物馆的何秋菊副研究员的报告讨论了胶矾水的作用机制与科学内涵。胶矾水是熟化纸张和书画装裱修复的一种重要的传统原料,在中国古代书画艺术中扮演着重要角色。首先,胶矾水固化性能、墨滴晕散实验显示,明矾在胶料固化及抗墨滴晕散中,起到了促干剂、软化剂和助留剂的作用;其次,扫描电子显微镜(SEM)、高场 27Al 核磁共振( 27Al-NMR) 和红外光谱(ATR-FTIR)的研究揭示了胶与矾在熟化宣纸时的协同效应, 明矾中的铝离子能够促使蛋白质二级结构中的无规则卷曲增多,氨基酸疏水性侧链外漏,同时能以单核物 Al(H2O)63+ AlSO4+ 、高聚物 Al30([Al30O8(OH)56(H2O)24]18+) 等形式与羟基 (-OH) 或羧基 (-COOH) 结合,形成紧密的网络结构,这不仅提升了纸张的表面疏水性,还加强了明胶与植物纤维的结合。最后,为了避免明矾易水解酸化、加速纸张老化的缺点,该课题研制了一种中性铝盐施胶沉淀剂实现了传统技术的优化和升级,将有效改善古代书画的修复与保存状况。
上海视觉艺术学院的王鉴兰博士首先综述了文化遗产保护中的一些重要概念和遗产科学在研究和认知古代社会中起到的重要作用。以纺织品文物保护为例,介绍了文物分析中常用的科技分析检测手段。丝织品文物分子结构的变化和纺织品老化的几种历程也做了介绍。其中动态机械热分析(DMTA)和红外光谱(FT-IR)等对古代丝织品的分子结构、老化机理等分析。DMTA分析提供的tan d(损耗模量与储能模量的比值)数据反应了高分子材料性质的文物本体的弹性黏性变化,反映了材料中结构的松弛和能力衰减的过程和机械强度的改变,这些与文物材料的老化息息相关。另外提供的分析检测文物中重要的一个指标——玻璃化转变温度( T g),可以提供文物丝蛋白分子晶体/非晶态区域的信息;这一概念也应用在纺织品的实际保护过程中,也对于其他高分子材料的文物保护有指导意义。而定量的FT-IR分析能够给出纺织品文物中 b折叠、α螺旋, b转角和无规卷曲等构象的比例关系。通过上述方法可以对不同产地、蚕种属、制作工艺和老化历程形成的蚕丝分子进行分析,得到不同的特征数据。这意味着以上新方法具有广阔的应用前景,以此为基础建立数据库,结合纺织品生产的社会经济背景,如纺织品的起源和发展、生产方式、工艺传播等,与其他学科的科学研究结果相结合,可以深入探讨关于丝绸之路与古代丝绸贸易和纺织品技术和工艺传播等问题的研究。
北京科技大学贺翔博士报告题目是 基于分层结构的壁画物理老化过程及阿伦尼乌斯方程在文物寿命预测中的应用 。报告了敦煌壁画的白灰层、细泥层、粗泥层的模拟样品在环境变化时具有不同的膨胀率,且膨胀率受到加固剂的影响。膨胀差在壁画多层结构中会造成应力,进而引起破坏,而加固剂对层间膨胀差的减小或增大作用会影响加固剂的效果。在加固后文物寿命的研究中,根据化学动力学的阿伦尼乌斯方程与测试材料疲劳的Manson-Coffin公式存在形式上的相似性,尝试利用化学动力学方法研究了物理变化主导的材料失效。该研究设计了模拟样品和加速老化实验,采用时间-温度叠加法(TTS)分析了材料的性能-时间曲线随老化温度变化的关系,证明了样品各项性质的失效速率大体上符合阿伦尼乌斯方程,据此可以外推保护材料的寿命。初步结果表明明胶的预期寿命超过两千年,这解释了莫高窟使用明胶做粘接材料的壁画,在一千年后现状仍然良好的原因。
北京科技大学博士生查剑锐报告了灵岩寺石质文物风化机理的研究。围绕灵岩寺内污染、结壳、剥落与溶蚀病害的形成机理,报告人利用X-射线荧光光谱、X-射线衍射光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜与能谱仪、红外光谱、三维视频显微镜对样品的组成、形貌和微观结构进行了综合表征分析和对比表征分析,并在此基础上结合环境参数对石质文物风化机理进行了阐述。结果表明,污染病害是石质文物内的铁锰云石在潮湿环境中腐蚀沉积所致,白色结壳是石灰岩经雨水冲刷,太阳照射后溶解再结晶形成,剥落病害是石质文物通过毛细管力吸收土壤中的NaCl溶液,溶解再结晶形成,溶蚀病害是石质文物内的长石和碳酸钙协同风化所致,该类风化作用还可以为生物矿化提供条件,与鸟粪反应形成具有一定保护效果的羟基磷灰石。石质文物本体的差异以及微观环境的不同导致同一地区出现如此之多的典型风化现象。

古代材料技术与社会
中国科学院大学的杨益民教授的报告题目为“东周的‘工业革命’”。他在报告中指出,伴随西周中央集权制度的瓦解,高温技术、纺织技术、文字载体均得到突破性发展。西来的块炼铁冶炼技术刺激了中国生铁冶铁技术的发明,并可能和出现于河西走廊的早期中国紫颜料和铅钡玻璃器具有联系,其后本地铅钡玻璃器得到空前发展,纺织机器与麻、葛处理新技术被发明。此类技术的发明与革新极大促进了生产力发展,重塑了经济基础与社会结构。文字载体由骨、青铜转变为竹、木简,推动了思想普及化。春秋战国时期的“工业革命”对中国历史的发展产生了深刻的影响。

自由讨论
刘思然副教授主持学术论坛环节。与会学者围绕古代材料研究中“问题与方法的融合”这一主题进行了交流与讨论。李青会研究员、朱铁权副教授分享了自己在多种研究手段相互融合以及开展国际合作研究方面的经验心得。郭梦博士介绍了自己开展锡衣陶研究的缘起与探索历程,鼓励青年学生在跨材料的视野下发现新的研究问题。Rahil Alipour博士和Kyungcheol Choy博士则分别表达了对于开展文献与科技检测,有机与无机材料融合研究的期盼。黄全胜教授和Naama Yahalom-Mack教授则分别结合各自的研究经历介绍了跨文化视野下下的比较研究对于理解材料技术的发展与转变的重要意义。何秋菊研究员、王鉴兰博士、贺翔博士对于古代材料表征与文物保护工作间的相关关系、文物保护材料作用机理、材料寿命预测以及保护材料评估与准入问题发表了见解。秦始皇帝陵博物院的朱思 老师表达了对于会议的支持,他希望古代材料研究人员更多关注田野考古与文物保护中的实际需求,并在分析数据的解读与保护材料的开发与评估上更加谨慎。马泓蛟博士表示,取得突破性研究成果的关键在于找准研究问题,古代材料研究的各个领域都还有大量潜力可挖。崔剑锋教授参加连续参加了四届古代材料会,他鼓励主办方继续坚守,充分结合考古研究工作,为多领域学者提供交流平台。陈坤龙教授代表主办方感谢了各位与会学者的支持,并表示会坚持将这一系列会议越办越好。Thilo Rehren教授进行了最后的总结,他肯定了这次会议是一次高水平的国际学术活动,他认为我们作为科研工作者肩负着向社会传递准确信息与专业意见的职责,公众对于学者的信任是我们继续提升自身研究工作水平的最大动力。大会在热烈的论坛环节后划上了圆满的句号。