2012CB720900 脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)研究

項(xiàng)目名稱：脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家：羅宏杰中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所起止年限：2012.1-2016.8依托部門：上海市科委國(guó)家文物局中國(guó)科學(xué)院

一、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及研究?jī)?nèi)容關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題1.病害形成規(guī)律及文化遺產(chǎn)損毀機(jī)制硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的病害主要包括埋藏、發(fā)掘以及保存等過(guò)程中產(chǎn)生的病害。其中，埋藏環(huán)境與保存環(huán)境及病害發(fā)展過(guò)程的實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)化模擬將是病害形成機(jī)制研究的難點(diǎn)。如何快速、準(zhǔn)確獲取陶制彩繪文物的埋藏環(huán)境、獲取壁畫內(nèi)外環(huán)境因素（見(jiàn)下圖），并根據(jù)這些環(huán)境因素設(shè)計(jì)搭建多環(huán)境因素耦合實(shí)驗(yàn)室模擬裝置都是研究的關(guān)鍵。壁畫內(nèi)：壁畫內(nèi)：水、可溶性鹽等壁畫外：溫度、濕度、CO2等畫面層：由無(wú)機(jī)顏料、有機(jī)顏料合動(dòng)物膠而成地仗：由土、沙、棉花、碎麥秸、膠、蛋清等構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)：墻壁或巖石有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料協(xié)同作用設(shè)計(jì)與構(gòu)筑有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料的設(shè)計(jì)及可控合成。保護(hù)主要用材料為粘結(jié)材料。因不同地區(qū)、不同病因的粘結(jié)材料也不盡相同，既有共性特點(diǎn)也有個(gè)性需求。尋求一個(gè)通用的分子骨架來(lái)滿足保護(hù)材料的共性需求，并以這個(gè)骨架為基礎(chǔ)，通過(guò)復(fù)配、鍵合等方式引入其它功能基團(tuán)來(lái)滿足個(gè)性保護(hù)需求是材料制備的難題之一。設(shè)計(jì)并制備新型的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料，以彌補(bǔ)有機(jī)材料易老化的問(wèn)題，也是新型保護(hù)材料研究的關(guān)鍵。在以上研究的基礎(chǔ)上，探索材料與文化遺產(chǎn)及環(huán)境的作用機(jī)理。發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)固型提取材料及顏料回貼技術(shù)研究。根據(jù)發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)需求，最重要的是臨時(shí)固型材料及回貼技術(shù)。臨時(shí)固型材料用于將文化遺產(chǎn)及其周邊的土壤等加固打包后整體移至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)保護(hù)處理（見(jiàn)下圖左）；回貼技術(shù)則用于將從陶器表面脫落并沾在土表面的顏料遺跡整體提取、并回貼至陶器表面（見(jiàn)下圖右）。待加固打包的文物陶俑背部彩繪附于土壤表面設(shè)計(jì)并可控合成具有良好的滲透性、力學(xué)性能及可控去除性能的，且不與文化遺產(chǎn)、周邊土壤及其它輔助材料發(fā)生化學(xué)作用的臨時(shí)固型材料，探索顏料遺跡回貼技術(shù)，是應(yīng)急保護(hù)的重點(diǎn)。3.保護(hù)行為與環(huán)境的依存規(guī)律材料關(guān)鍵保護(hù)性能隨時(shí)間和環(huán)境的變化規(guī)律，是材料服役行為與服役壽命研究的重點(diǎn)。其中，實(shí)驗(yàn)室的強(qiáng)化模擬實(shí)驗(yàn)是否能表達(dá)自然條件下多環(huán)境因素長(zhǎng)期的耦合作用，以及強(qiáng)化模擬實(shí)驗(yàn)的時(shí)間與自然時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系等，都是材料服役行為研究的關(guān)鍵。在保護(hù)材料抵御環(huán)境作用機(jī)制及文化遺產(chǎn)的關(guān)鍵性損毀環(huán)境因素研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建適合多環(huán)境因素交變耦合作用的強(qiáng)化環(huán)境模擬箱，尋找強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，借助數(shù)據(jù)擬合與模擬技術(shù)研究保護(hù)材料的服役行為與服役壽命。4.高精度無(wú)損表征方法體系針對(duì)脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)，探索合理有效的技術(shù)方法，全面、快速、準(zhǔn)確獲取文化遺產(chǎn)的科學(xué)信息。多數(shù)分析設(shè)備樣品室小并需抽真空，而現(xiàn)有的少量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)又存在測(cè)試規(guī)范性差、數(shù)據(jù)重復(fù)性差、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足文化遺產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)高精度無(wú)損測(cè)試需求。因此本研究將針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的特殊要求，建立高精度、便攜、無(wú)損、非真空原位檢測(cè)技術(shù)體系，探索具有高靈敏度、高穩(wěn)定性、高適用性的信號(hào)產(chǎn)生、探測(cè)和識(shí)別技術(shù)，并對(duì)不同測(cè)試技術(shù)所得結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析。標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的設(shè)計(jì)與制備、標(biāo)準(zhǔn)參照?qǐng)D譜數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，以及測(cè)試結(jié)果校正方法與測(cè)試準(zhǔn)確度的關(guān)系研究。便攜式分析技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要進(jìn)行校準(zhǔn)、定位。在進(jìn)行化學(xué)成分定量分析時(shí)需采用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)預(yù)先構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線，對(duì)X射線衍射圖譜、拉曼光譜等圖譜的解析則需要參照標(biāo)準(zhǔn)圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，本研究將制備或選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)體系，建立標(biāo)準(zhǔn)參照?qǐng)D譜、定量分析校準(zhǔn)曲線及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)等。激發(fā)源與激發(fā)條件、探測(cè)器選擇以及測(cè)量微環(huán)境的創(chuàng)造等因素與測(cè)試精度的關(guān)系研究?？蓱?yīng)用于脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)研究的各種光譜分析技術(shù)、X射線分析技術(shù)、便攜式核磁共振（NMR）分析技術(shù)等，都需要有一個(gè)激發(fā)源（如X射線管、激光光源等），而對(duì)于信號(hào)的探測(cè)需要有光譜或能譜分析探測(cè)儀等。為提高測(cè)量的靈敏度和精度，還需要對(duì)測(cè)量的微環(huán)境進(jìn)行改變，如在能譜探測(cè)器與文化遺產(chǎn)間充入惰性氣體以提高對(duì)輕元素（Na、Mg）的探測(cè)靈敏度。本研究將探索激發(fā)源與激發(fā)條件、探測(cè)器選擇以及測(cè)量微環(huán)境的創(chuàng)造等因素與測(cè)試精度的關(guān)系。有機(jī)染料的多光譜識(shí)別技術(shù)研究。多光譜攝影技術(shù)應(yīng)用于壁畫榜題中褪色或變色文字的無(wú)損調(diào)查研究，此項(xiàng)研究將構(gòu)建適合古代壁畫技法和有機(jī)染料研究的多光譜攝影調(diào)查體系，重點(diǎn)探索敦煌壁畫中已經(jīng)老化和退色的天然有機(jī)染料的鑒定和識(shí)別方法，發(fā)現(xiàn)老化有機(jī)染料結(jié)構(gòu)變化規(guī)律和光譜反應(yīng)特征，找出能夠識(shí)別不同染料的近紅外、可見(jiàn)、紫外的特征激發(fā)波段，建立無(wú)損有機(jī)染料鑒定的光譜方法。主要研究?jī)?nèi)容圍繞硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的系統(tǒng)保護(hù)以及所面臨的4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，將重點(diǎn)開展以下研究：原位無(wú)損表征體系構(gòu)建原位無(wú)損表征體系構(gòu)建文化遺產(chǎn)及病害的科學(xué)認(rèn)知已用保護(hù)技術(shù)科學(xué)認(rèn)知保護(hù)材料可控合成保護(hù)工藝與技術(shù)安全性評(píng)價(jià)有效性評(píng)價(jià)耐久性評(píng)價(jià)保護(hù)示范文化遺產(chǎn)形成物理化學(xué)基礎(chǔ)的科學(xué)認(rèn)知在充分開展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，選擇若干典型代表性樣品，借助原位無(wú)損以及其它實(shí)驗(yàn)室測(cè)試分析方法，科學(xué)認(rèn)知被保護(hù)基體及其彩繪層的組成、結(jié)構(gòu)和性能，參照文獻(xiàn)及已有工藝，研究文化遺產(chǎn)形成的工藝基礎(chǔ)，建立“組成-工藝-結(jié)構(gòu)-性能”數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)保護(hù)工作的研究奠定科學(xué)基礎(chǔ)。分析比較不同保存狀態(tài)文化遺產(chǎn)的組成、結(jié)構(gòu)、性能及工藝信息，探索古代保護(hù)技術(shù)的科學(xué)精髓。成鹽元素的遷徙及鹽害的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律確定引起典型壁畫和陶質(zhì)彩繪文物鹽害的成鹽元素和成鹽類型，研究成鹽過(guò)程中有無(wú)復(fù)鹽生成；界定文化遺產(chǎn)依存環(huán)境溫度條件下的相圖，得到鹽析結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，確定單組分鹽類及復(fù)鹽結(jié)晶區(qū)、共飽和點(diǎn)、相轉(zhuǎn)變點(diǎn)、粘度、pH值等。正確解析相圖，全面闡釋相圖提供的信息，結(jié)合動(dòng)力學(xué)，晶體力學(xué)的研究結(jié)果，揭示相關(guān)鹽類在不同環(huán)境條件下對(duì)文化遺產(chǎn)的損壞機(jī)理；界定相關(guān)的邊界條件，研究環(huán)境條件如濕度、溫度、季節(jié)性等與文化遺產(chǎn)含鹽量的關(guān)系，研究文化遺產(chǎn)中鹽類的分布及遷徙、富集規(guī)律。建立鹽類活動(dòng)機(jī)理的數(shù)學(xué)模型，為文化遺產(chǎn)的有效保護(hù)及脫鹽修復(fù)提供理論支持?？脊虐l(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)脆弱性陶質(zhì)文物搶救性保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)以及多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，找出文物在環(huán)境突變時(shí)病變的關(guān)鍵影響因素，并在此基礎(chǔ)上開展文物本體最佳微環(huán)境評(píng)價(jià)和調(diào)控技術(shù)研究，探索考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)珍貴文物微環(huán)境調(diào)控模式。在掌握環(huán)境突變條件下文物本體病害形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，制備或篩選多種應(yīng)急保護(hù)材料，包括臨時(shí)固型材料、陶胎加固材料、彩繪加固材料、粘結(jié)材料等；并開展回貼材料以及回貼技術(shù)等為主的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急保護(hù)技術(shù)研究。已用保護(hù)材料與文物本體作用機(jī)制及其安全性和服役行為的科學(xué)認(rèn)知廣泛調(diào)研已用保護(hù)材料與保護(hù)工藝，并將材料施加在模擬樣品上，用統(tǒng)一規(guī)范的方法測(cè)定保護(hù)材料、模擬樣品的組成、結(jié)構(gòu)及性能，評(píng)價(jià)保護(hù)材料介入后文物本體物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的變化機(jī)制，包括熱脹性變化、濕脹性變化、界面效應(yīng)、應(yīng)力變化等，以及由此引起的文物本體的開裂、起殼、剝離等破壞現(xiàn)象的機(jī)理和過(guò)程。分子層面的兼容性和老化性研究，包括基于分子作用力的保護(hù)材料與文物本體結(jié)合后的脫離/親和趨勢(shì)的定量或半定量解釋，分散于文物微孔介質(zhì)中保護(hù)材料的分解老化機(jī)制和速率研究，保護(hù)材料失效后對(duì)文物本體的微結(jié)構(gòu)影響和破壞性研究等。參照文化遺產(chǎn)保存的環(huán)境狀況，設(shè)置加速老化試驗(yàn)，跟蹤研究保護(hù)材料多種性能的時(shí)效狀態(tài)，并利用數(shù)據(jù)模擬技術(shù)研究保護(hù)材料服役行為，掌握保護(hù)材料的劣化機(jī)理。有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合保護(hù)材料中有機(jī)/無(wú)機(jī)協(xié)同保護(hù)功能的設(shè)計(jì)及可控制備針對(duì)不同地區(qū)以及不同病害對(duì)保護(hù)材料的使用要求，在前期研究的基礎(chǔ)上，選擇兩類材料進(jìn)行研究，其一是以-Si(OR)3為主骨架，通過(guò)化學(xué)修飾或枝接能滿足個(gè)性保護(hù)需求的X功能團(tuán)，組成含有有機(jī)官能團(tuán)X的有機(jī)硅分子(X-Si(OR)3)，通過(guò)調(diào)節(jié)X結(jié)構(gòu)，使有機(jī)硅材料具有親水、憎水、粘結(jié)、耐酸堿、抗微生物等用途；其二是以有機(jī)聚合物（丙烯酸酯類、含氟聚合物、支鏈淀粉等）為骨架并與硅基材料（硅氧烷、有機(jī)硅、納米二氧化硅、硅溶膠等）進(jìn)行穿網(wǎng)復(fù)合形成有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料；研究有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)、分子量、骨架聚集形式等，以及無(wú)機(jī)組分粒子的生長(zhǎng)方式和條件與保護(hù)材料結(jié)構(gòu)性能的構(gòu)效關(guān)系，揭示有機(jī)/無(wú)機(jī)組分協(xié)同效應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，確定影響有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料壽命的主控因素，動(dòng)態(tài)跟蹤分析有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料的協(xié)同作用及功能失效所服從的規(guī)律，建立保護(hù)材料功能時(shí)效的動(dòng)力學(xué)模型。探明保護(hù)材料與保護(hù)本體的作用方式及功能實(shí)現(xiàn)途徑，模擬研究保護(hù)工藝及其保護(hù)材料功能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化方式，研究保護(hù)過(guò)程中功能實(shí)現(xiàn)的機(jī)理及所服從的規(guī)律。保護(hù)材料與保護(hù)工藝系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建以及新技術(shù)評(píng)價(jià)與保護(hù)示范在總結(jié)已有文化遺產(chǎn)保護(hù)技術(shù)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合文化遺產(chǎn)保護(hù)技術(shù)系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建要求，參照其它材料的評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)適應(yīng)于文化遺產(chǎn)保護(hù)技術(shù)安全性、有效性及耐久性的評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)局部小試、現(xiàn)場(chǎng)放大試驗(yàn)，利用多場(chǎng)耦合評(píng)價(jià)方法，分別從單一材料、基體、材料與基體結(jié)合體等角度測(cè)試和評(píng)估本項(xiàng)目研究所得的保護(hù)材料與保護(hù)工藝的安全性、有效性、耐久性，并對(duì)應(yīng)用技術(shù)與工藝進(jìn)行優(yōu)化，篩選出針對(duì)不同病害的最佳保護(hù)材料與最優(yōu)施工工藝。分別在敦煌莫高窟和秦始皇兵馬俑坑開展保護(hù)技術(shù)示范工程，并在現(xiàn)場(chǎng)建立實(shí)時(shí)監(jiān)控體系，跟蹤評(píng)價(jià)保護(hù)材料的保護(hù)效果。脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)原位、無(wú)損研究與鑒定的技術(shù)方法體系構(gòu)建針對(duì)壁畫、陶質(zhì)彩繪文物等脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)原位、無(wú)損研究與鑒定的科學(xué)技術(shù)方法體系，用以系統(tǒng)獲取這類文化遺產(chǎn)的化學(xué)成分、物相組成、宏觀和微觀形貌、結(jié)構(gòu)、病害特征、技法與干預(yù)行為等信息，為脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的科學(xué)認(rèn)知、鑒定、系統(tǒng)性保護(hù)及保護(hù)效果評(píng)價(jià)提供技術(shù)支持。研究過(guò)程中將解決若干基礎(chǔ)性的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。例如，在信號(hào)產(chǎn)生、探測(cè)及識(shí)別方面，重點(diǎn)研究激發(fā)源、激發(fā)條件、測(cè)量微環(huán)境的創(chuàng)造、探測(cè)器選擇等因素與測(cè)試精度和靈敏度的關(guān)系；在測(cè)試方法上，重點(diǎn)研究標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)設(shè)計(jì)與制備、測(cè)試結(jié)果校正方法與測(cè)試準(zhǔn)確度的關(guān)系；在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試準(zhǔn)確性的評(píng)價(jià)方面，重點(diǎn)開展測(cè)量結(jié)果的不確定性分析、適用性分析、影響因素分析以及不同測(cè)試技術(shù)間的比對(duì)分析等，用以改進(jìn)測(cè)試與校正方法。利用無(wú)損多光譜攝影技術(shù)，以敦煌不同時(shí)代洞窟為研究對(duì)象，建立復(fù)原壁畫中大量的變色、褪色畫面中的原始圖案和線條的方法和體系。研究對(duì)壁畫榜題中變色或褪色的文字進(jìn)行多光譜識(shí)別的方法和技術(shù)。在宏觀攝影調(diào)查的基礎(chǔ)上，建立對(duì)敦煌壁畫所用無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)染料進(jìn)行無(wú)損光學(xué)調(diào)查的方法和技術(shù)，研究古代壁畫的制作技術(shù)。研究和構(gòu)建適合于壁畫層位調(diào)查的光學(xué)相干成像系統(tǒng)，重點(diǎn)試驗(yàn)適合多層壁畫層位無(wú)損調(diào)查的光譜波段，光譜信號(hào)接收和放大裝置，用于大面積壁畫和層位調(diào)查的方法。

二、預(yù)期目標(biāo)以壁畫及陶質(zhì)彩繪文物等典型脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)為研究對(duì)象，展開跨部門、跨學(xué)科的交叉集成研究，有利于解決長(zhǎng)期困擾硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)科學(xué)保護(hù)的共性、基礎(chǔ)性難題，促進(jìn)系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)、裝備和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，加快人才培養(yǎng)的效率與速度，推動(dòng)主動(dòng)性系統(tǒng)性保護(hù)工作的開展，避免保護(hù)性破壞的發(fā)生，更好地服務(wù)于文化遺產(chǎn)保護(hù)的緊迫需求，持久支撐中國(guó)特色文化及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展與繁榮。總之，通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，預(yù)計(jì)可達(dá)到以下目標(biāo)：科學(xué)認(rèn)知被保護(hù)對(duì)象及其主要病害的形成機(jī)制及演變過(guò)程系統(tǒng)研究被保護(hù)對(duì)象的組成-結(jié)構(gòu)-工藝-性能及其相互關(guān)系，探索埋藏、發(fā)掘及保存過(guò)程中主要病害的形成機(jī)制及演變過(guò)程，建立集文化遺產(chǎn)組成、結(jié)構(gòu)、性能、工藝、環(huán)境與病害等信息于一體的數(shù)據(jù)庫(kù)。全面歸納總結(jié)古代以及已用保護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)深入研究不同保存狀態(tài)文化遺產(chǎn)的材質(zhì)參數(shù)以及周邊環(huán)境參數(shù)，探索文化遺產(chǎn)抵御環(huán)境侵蝕的科學(xué)與技術(shù)機(jī)制。研究已用保護(hù)材料與工藝，系統(tǒng)掌握其作用機(jī)制及應(yīng)用特點(diǎn)，建立已用保護(hù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。挖掘古代及現(xiàn)代已用保護(hù)技術(shù)的科學(xué)精髓，為未來(lái)保護(hù)技術(shù)的優(yōu)化與發(fā)展創(chuàng)造條件。優(yōu)化提升及自主原創(chuàng)多種保護(hù)材料及保護(hù)工藝針對(duì)發(fā)掘應(yīng)急保護(hù)及保存過(guò)程中的關(guān)鍵病害，統(tǒng)籌古代及已用保護(hù)材料與工藝，系統(tǒng)研究以壁畫與陶質(zhì)彩繪文物為代表的脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)技術(shù)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)多套新型保護(hù)材料及保護(hù)工藝?？茖W(xué)構(gòu)建保護(hù)評(píng)價(jià)技術(shù)體系全面建立保護(hù)材料、保護(hù)工藝以及保護(hù)環(huán)境安全性、有效性、耐久性的評(píng)價(jià)技術(shù)體系，建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3-5項(xiàng)。在敦煌莫高窟及秦始皇兵馬俑坑分別建立保護(hù)示范工程在敦煌莫高窟及秦始皇兵馬俑坑建立集新材料、新工藝以及新裝備應(yīng)用的保護(hù)示范工程，并建立保護(hù)材料、保存環(huán)境以及保護(hù)效果定期跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)構(gòu)建適應(yīng)于脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)體系針對(duì)脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)，構(gòu)建可用于現(xiàn)場(chǎng)的高精度、原位、無(wú)損、非真空檢測(cè)技術(shù)體系，包括儀器改進(jìn)與參數(shù)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)制備等，以滿足硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)科學(xué)認(rèn)知、保護(hù)、原位監(jiān)控以及無(wú)損鑒定的巨大需求，同時(shí)為儀器裝備的原創(chuàng)性研發(fā)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。人才培養(yǎng)與平臺(tái)建設(shè)培養(yǎng)和造就一批從事脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)研究的高層次研究人才與專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍，培養(yǎng)一批博士及碩士研究生（30-50人）；建立2-3個(gè)脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)研究保護(hù)平臺(tái)。論文與專利發(fā)表研究論文120篇以上，申請(qǐng)專利20項(xiàng)以上。

三、研究方案研究思路、技術(shù)路線及可行性分析在整個(gè)項(xiàng)目中，始終圍繞脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的共性特征，從科學(xué)認(rèn)知、保護(hù)材料、應(yīng)用技術(shù)以及科學(xué)評(píng)價(jià)等方面入手，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)并重，開展系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究工作，具體研究方案如下所示：文化遺產(chǎn)形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)本部分的研究方案為：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查典型樣品選取分析測(cè)試組成、結(jié)構(gòu)、性能制作工藝“組成-結(jié)構(gòu)-工藝-性能”關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與典型樣品的選取。在敦煌莫高窟和秦始皇兵馬俑坑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，收集（或選取）不同保存狀態(tài)的典型樣品作為研究對(duì)象，進(jìn)行整理編碼、照相、外觀及保存狀態(tài)記錄等工作。組成、結(jié)構(gòu)、性能的檢測(cè)。對(duì)所選擇的典型樣品，測(cè)定其組成（微量、痕量以及常量元素含量等）、結(jié)構(gòu)（物相組成、顯微結(jié)構(gòu)等）及物理性能（含水率、吸水率、硬度、抗折強(qiáng)度、燒成溫度、色度等）。制作工藝研究。根據(jù)文化遺產(chǎn)組成、結(jié)構(gòu)及性能的測(cè)試結(jié)果，以及歷史文獻(xiàn)記錄和前人的研究資料，探索文化遺產(chǎn)的制作工藝。數(shù)據(jù)庫(kù)。建立“中國(guó)硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)”及其應(yīng)用系統(tǒng)，將上述樣品編碼、照片、外觀描述信息、組成、結(jié)構(gòu)、性能及工藝信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。“組成-結(jié)構(gòu)-工藝-性能”關(guān)系的研究。系統(tǒng)研究典型壁畫和陶質(zhì)彩繪文物的制備工藝與形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)。借助多元統(tǒng)計(jì)分析方法總結(jié)不同保存狀態(tài)的文化遺產(chǎn)的組成、結(jié)構(gòu)、性能、工藝以及所處環(huán)境特點(diǎn)，歸納出具有優(yōu)異環(huán)境抵御能力的原因及科學(xué)技術(shù)內(nèi)涵，為古代技術(shù)的發(fā)揚(yáng)光大以及后續(xù)新材料和新工藝的研究奠定基礎(chǔ)。環(huán)境突變條件下，文化遺產(chǎn)的損毀機(jī)理研究本部分的研究方案為：文物埋藏環(huán)境調(diào)查文物埋藏環(huán)境調(diào)查模擬樣品模擬發(fā)掘過(guò)程分析測(cè)試組成、結(jié)構(gòu)、性能數(shù)據(jù)模擬環(huán)境突變損毀機(jī)理文化遺產(chǎn)埋藏環(huán)境調(diào)查。根據(jù)土壤的光譜特性，采用遙感技術(shù)進(jìn)行埋藏環(huán)境的土壤有機(jī)質(zhì)、礦物特性、含氧量以及含水量等性能測(cè)試，配合伽馬射線衰減法、電阻法以及無(wú)線傳感技術(shù)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)埋藏環(huán)境的溫度、濕度變化情況；同時(shí)還可以采用直徑較小的取土鉆等儀器提取文化遺產(chǎn)埋藏深度的土壤，密封保存后采用土壤溫濕度計(jì)、水分速測(cè)儀、含氧量測(cè)定儀、孔隙度測(cè)定儀、鹽分測(cè)定儀以及有機(jī)質(zhì)檢測(cè)儀等測(cè)試土壤的溫濕度、含氧量、孔隙分布、可溶鹽和有機(jī)物等。模擬樣品制備及發(fā)掘過(guò)程模擬。依據(jù)所測(cè)得的壁畫及陶質(zhì)彩繪文物的組成、結(jié)構(gòu)和性能數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用文化遺產(chǎn)出土地原料及工藝制備研究用模擬樣品，并強(qiáng)化模擬埋藏環(huán)境及模擬發(fā)掘過(guò)程。環(huán)境突變條件下文化遺產(chǎn)損毀機(jī)理研究。自模擬樣品與自然環(huán)境接觸開始，用快速攝像儀記錄模擬樣品暴露后外觀的變化情況，同時(shí)每隔一定時(shí)間取樣并測(cè)試樣品的組成、結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)，建立環(huán)境突變時(shí)文化遺產(chǎn)的損毀機(jī)理，建立多變量環(huán)境影響因素與病害之間的相互關(guān)系、動(dòng)態(tài)變化及其演變規(guī)律，建立基于關(guān)鍵性損毀因素基礎(chǔ)上的脆弱性陶質(zhì)彩繪文物損毀模型。成鹽元素的遷徙及鹽害的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律研究本部分研究方案為：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查典型樣品選取分析測(cè)試組成、結(jié)構(gòu)、性能鹽結(jié)晶-溶解機(jī)理鹽對(duì)文物的損毀機(jī)理鹽臨界去除點(diǎn)研究鹽影響的規(guī)避研究鹽樣品選取周邊環(huán)境因素獲取現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與典型樣品的選取。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，選取不同洞窟、不同出土地點(diǎn)的壁畫及陶器上的鹽樣品。同時(shí)，要注意鹽樣品周邊環(huán)境因素的收集：對(duì)于壁畫而言，收集鹽下的壁畫-地仗-巖石（或土）樣品，收集當(dāng)?shù)氐牡叵滤Y料，獲取鹽樣品外的微環(huán)境因素（如：溫度、濕度、通風(fēng)狀況等）；對(duì)于陶器而言，收集陶器出土周邊的土壤樣品，收集當(dāng)?shù)氐叵滤馁Y料等。組成、結(jié)構(gòu)及性能的分析測(cè)試。利用現(xiàn)代分析方法測(cè)試鹽及周邊環(huán)境材料（如：壁畫、地仗、巖石、土等）的組成、結(jié)構(gòu)及性能。鹽的“析晶-溶解”以及對(duì)文化遺產(chǎn)的損毀機(jī)理。研究成鹽元素隨地下水及空氣中吸附水的遷徙規(guī)律，確定引起鹽害的成鹽元素和成鹽類型，研究成鹽過(guò)程中有無(wú)復(fù)鹽生成；界定文化遺產(chǎn)依存環(huán)境溫度條件下的相圖，得到鹽析結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，確定單組分鹽類及復(fù)鹽結(jié)晶區(qū)、共飽點(diǎn)、相轉(zhuǎn)變點(diǎn)、粘度、pH值等。正確解析相圖，全面闡釋相圖提供的信息，結(jié)合動(dòng)力學(xué)，晶體力學(xué)的研究結(jié)果，揭示相關(guān)鹽類在不同環(huán)境條件下對(duì)文化遺產(chǎn)的損壞機(jī)理；界定相關(guān)的邊界條件，研究環(huán)境條件如濕度、溫度、季節(jié)性等與文化遺產(chǎn)含鹽量的關(guān)系，研究鹽類的分布及遷徙、富集規(guī)律。建立鹽類活動(dòng)機(jī)理的數(shù)學(xué)模型，為有效保護(hù)文化遺產(chǎn)及脫鹽修復(fù)提供理論支持。在鹽對(duì)文化遺產(chǎn)損毀機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，要模擬文化遺產(chǎn)的真實(shí)狀態(tài)，建立實(shí)驗(yàn)室鹽害發(fā)生與發(fā)展過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證鹽害機(jī)理的可靠性。同時(shí)，要研究規(guī)避鹽影響的微環(huán)境，以盡可能減少因鹽的“析晶-溶解”對(duì)文化遺產(chǎn)的破壞作用。另外，要研究鹽含量與文化遺產(chǎn)保存狀態(tài)的關(guān)系，尋找最佳鹽去除時(shí)機(jī)，以便盡早除鹽，最大限度地保護(hù)文化遺產(chǎn)的安全。已用保護(hù)材料及工藝的科學(xué)認(rèn)知本部分研究方案為：已用典型保護(hù)材料調(diào)查研究用模擬樣品的制備已用典型保護(hù)材料調(diào)查研究用模擬樣品的制備被保護(hù)文物所處環(huán)境調(diào)查保護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試計(jì)算模擬組成、結(jié)構(gòu)、性能保護(hù)材料作用機(jī)理保護(hù)效果評(píng)價(jià)保護(hù)工藝研究已有保護(hù)材料調(diào)研。針對(duì)古代壁畫及陶質(zhì)彩繪等脆弱性硅酸鹽質(zhì)文物的保護(hù)現(xiàn)狀，通過(guò)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)查閱、相關(guān)保護(hù)單位和技術(shù)人員走訪、代表性被保護(hù)文物體觀察和取樣分析等，廣泛調(diào)研已經(jīng)使用的各類保護(hù)材料（包括人工合成與傳統(tǒng)天然保護(hù)材料）的應(yīng)用狀況，對(duì)每一類具有代表性的保護(hù)材料用規(guī)范的方法進(jìn)行分類和性能表征。被保護(hù)文化遺產(chǎn)所處環(huán)境調(diào)查。調(diào)查已用保護(hù)材料的服役環(huán)境，包括：文化遺產(chǎn)本體的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)、文物本體與周邊環(huán)境的溫度與濕度、空氣質(zhì)量、可溶鹽和地下水位等，了解變化的程度、特征與范圍。模擬樣品的制備。結(jié)合上述對(duì)文物本體、文物保護(hù)材料和所處環(huán)境的認(rèn)知研究，利用文化遺產(chǎn)當(dāng)?shù)氐脑霞皞鹘y(tǒng)的工藝手段，規(guī)范地制備研究用的模擬樣品，并按照標(biāo)準(zhǔn)的方法施加典型保護(hù)材料，用現(xiàn)代分析方法測(cè)定基礎(chǔ)化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及性能。實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)化模擬試驗(yàn)。根據(jù)保護(hù)材料介入后文物本體物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)變化的典型情況，針對(duì)性地設(shè)計(jì)和搭建條件可變、模塊可換、影響因素可疊加的實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)化模擬的系列試驗(yàn)裝置。考慮的內(nèi)容包括：文物本體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)：保護(hù)材料的成分、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)；環(huán)境變化因素等。爭(zhēng)取得到各種影響因素的定量化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示保護(hù)性破壞的基本規(guī)律。計(jì)算機(jī)模擬研究。建立數(shù)字化的仿真模型，運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)從分子層面上研究保護(hù)材料不同結(jié)構(gòu)和基團(tuán)在文物微孔介質(zhì)壁面上的脫離/親和的分布情況，以及對(duì)微孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響；研究各成分之間化學(xué)鍵的形成/斷裂、分子的分解和團(tuán)聚，以及對(duì)保護(hù)功能和壽命的影響。本課題將構(gòu)建盡可能真實(shí)的分子層面的硅酸鹽表面和微孔體系，以與實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)相對(duì)照；另外，通過(guò)光譜等檢測(cè)技術(shù)相互印證從宏觀到微觀的變化，得到涵蓋主要影響因素的保護(hù)材料服役行為和失效過(guò)程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；保護(hù)材料失效和文物損壞速率的探索性研究。應(yīng)用保護(hù)材料的目的是要減緩文物劣化的速率，盡可能地延長(zhǎng)文物的壽命。本工作將探討使用典型保護(hù)材料后，溫度、濕度、可溶鹽、反應(yīng)性氣體、及其他環(huán)境因素等對(duì)文物劣化速率的影響，定量地研究文物劣化隨時(shí)間的變化規(guī)律。由于影響因素的復(fù)雜性，本課題將由單因素到多因素，由簡(jiǎn)單體系到復(fù)雜體系開展探索性研究，探討保護(hù)性破壞中“速率”問(wèn)題的動(dòng)力學(xué)研究方法和估算技術(shù)。已有保護(hù)材料的保護(hù)機(jī)理與評(píng)價(jià)。通過(guò)開展實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)化模擬試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬試驗(yàn)，了解保護(hù)材料介入后文物本體發(fā)生的熱脹性變化、濕脹性變化、界面效應(yīng)、應(yīng)力變化、顏色改變等的變化規(guī)律。通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累和歸納，研究引起的文物本體劣化破壞的機(jī)理，從宏觀到微觀全面揭示保護(hù)材料在與文物本體結(jié)合后發(fā)生的物理、化學(xué)和力學(xué)的變化機(jī)制，以及進(jìn)一步預(yù)測(cè)保護(hù)材料的分解老化速率和保護(hù)材料失效后對(duì)文物本體的破壞性等。已有典型保護(hù)材料與工藝的再認(rèn)知。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代材料化學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法，系統(tǒng)挖掘已用保護(hù)材料和工藝的科學(xué)性，重新認(rèn)知各類典型保護(hù)材料的保護(hù)功能，失效過(guò)程，使用壽命，可能的負(fù)作用，遠(yuǎn)期影響等。為預(yù)測(cè)現(xiàn)用典型保護(hù)材料的變化規(guī)律和采取相應(yīng)預(yù)防性保護(hù)措施提供參考；同時(shí)，尋求現(xiàn)用保護(hù)材料與工藝的改進(jìn)方向，為發(fā)展現(xiàn)行保護(hù)技術(shù)和開展新型保護(hù)材料研究提供啟示。保護(hù)材料和技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用研究。在機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合典型古代壁畫和陶質(zhì)彩繪文物，開展對(duì)現(xiàn)有典型保護(hù)材料的配方優(yōu)化、材料改良、工藝改進(jìn)和老化保護(hù)材料的清除技術(shù)等方面的應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)研究，以提高現(xiàn)行文物保護(hù)技術(shù)的科技水平。技術(shù)路線如下圖：研究方案設(shè)計(jì)研究方案設(shè)計(jì)對(duì)文物保護(hù)材料的典型影響因素的歸納和簡(jiǎn)化文物所在地特殊環(huán)境因素調(diào)研現(xiàn)有典型保護(hù)材料的多視角調(diào)研對(duì)傳統(tǒng)天然材料和現(xiàn)代合成材料的重新認(rèn)知保護(hù)材料介入后文物本體物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)變化的機(jī)制研究分子層面的兼容性和老化性研究保護(hù)材料失效和文物損壞等變化速率的研究保護(hù)成功和保護(hù)性破壞案例的宏觀原因分析揭示保護(hù)材料的功能、作用機(jī)制和失效規(guī)律和速率開展典型保護(hù)材料的配方優(yōu)化、材料改良、工藝改進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)研究進(jìn)行老化保護(hù)材料清除等方面的技術(shù)研究為文化遺產(chǎn)保護(hù)技術(shù)水平的提高提供基礎(chǔ)方法和理論。“一般性”與“特殊性”的疊加或偶合，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究相結(jié)合有機(jī)/無(wú)機(jī)協(xié)同保護(hù)功能的設(shè)計(jì)、可控制備及保護(hù)工藝研究本部分研究方案為：（1）結(jié)構(gòu)可控型有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料的設(shè)計(jì)、合成與表征①化學(xué)修飾和水解縮合法改性有機(jī)硅材料：以氨基（NH2）、環(huán)氧基（CHCH2O）和羧基（COOH）改性線性聚硅氧烷為基礎(chǔ)，通過(guò)與鹵代烷和季銨鹽反應(yīng)制備具有良好親水、抗微生物作用的季銨鹽基改性聚硅氧烷類有機(jī)硅材料；也可從有機(jī)氟官能團(tuán)改性硅氧烷單體出發(fā)，在水解縮合條件下制備具有良好憎水性能和耐酸堿性能的含氟聚硅氧烷類有機(jī)硅材料。②乳液聚合法制備聚硅氧烷接枝改性丙烯酸樹脂材料：利用聚硅氧烷類聚合物良好的柔韌性和耐高低溫性，及其與硅酸鹽質(zhì)基體良好的粘結(jié)性能，以乳液聚合法合成聚硅氧烷接枝改性丙烯酸樹脂材料，使其在保護(hù)過(guò)程中能夠與無(wú)機(jī)保護(hù)本體原位生成有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料。③水溶液接枝共聚法和溶膠凝膠法制備改性支鏈淀粉/納米SiO2復(fù)合材料：采用水溶液接枝共聚法，將丙烯酸酯類單體與支鏈淀粉接枝共聚制備具有一定成型性的支鏈淀粉和丙烯酸酯接枝共聚物材料；在有機(jī)硅前驅(qū)體的溶膠中加入丙烯酸酯共聚物接枝改性支鏈淀粉材料，制備支鏈淀粉/納米SiO2復(fù)合材料。④ATRP法與仿礦化生長(zhǎng)法制備嵌段共聚物/納米SiO2復(fù)合材料：選用ATRP法，以具有優(yōu)異憎水憎油性和耐候性的含氟丙烯酸酯類聚合物為疏水鏈段、以利于納米SiO2的礦化生長(zhǎng)沉積的離子型乙烯基胺類聚合物為親水鏈段，獲得兩親性嵌段共聚物。以此為模板，控制有機(jī)硅先驅(qū)體礦化生長(zhǎng)沉積納米SiO2粒子，制備嵌段共聚物/納米SiO2復(fù)合材料。⑤溶膠-凝膠法與乳液聚合法制備無(wú)規(guī)共聚物/SiO2復(fù)合材料：采用溶膠-凝膠法，利用有機(jī)硅先驅(qū)體的水解和縮合反應(yīng)制備納米二氧化硅溶膠；然后在溶膠中加入單體，選用乳液聚合法，制備具有良好成膜性能的丙烯酸酯類無(wú)規(guī)共聚物/SiO2復(fù)合材料。⑥針對(duì)壁畫彩繪待保護(hù)現(xiàn)狀，以乳液聚合法或ATRP法制備對(duì)壁畫彩繪層具有優(yōu)異粘結(jié)性能的聚乙烯醇類聚合物和丙烯酸酯類聚合物。⑦利用FT-IR、NMR、GPC、TEM、AFM、XPS、SEM、DSC、QCM等分析技術(shù)對(duì)合成材料的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行表征。（2）有機(jī)-無(wú)機(jī)組分協(xié)同效應(yīng)的調(diào)控機(jī)制及構(gòu)效關(guān)系研究①通過(guò)吸附和抗微生物性能測(cè)試，研究濃度、季銨鹽側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和硅氧烷主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)季銨鹽基改性聚硅氧烷吸附性能；通過(guò)GPC技術(shù)跟蹤研究含氟硅氧烷在相同條件下水解縮合產(chǎn)物的分子量及分子量分布；通過(guò)SEM-EDX、SCAs、DCAs、抗酸堿性和抗壓強(qiáng)度測(cè)試，研究聚合物與硅酸鹽質(zhì)顆粒的界面結(jié)合情況、以及分子及分子量分布對(duì)聚合物滲透深度、黏結(jié)強(qiáng)度和基體憎水性和耐酸堿性的影響。②TEM、DLS、TGA、DSC、XPS、SEM-EDX、QCM-D，SCAs、DCAs和流變儀分析研究乳化劑配比、有機(jī)硅單體含量、共聚物結(jié)構(gòu)對(duì)聚硅氧烷接枝改性丙烯酸酯共聚物乳膠粒子結(jié)構(gòu)和形貌、乳液流變性質(zhì)以及乳膠膜表面性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)的影響作用。并將聚硅氧烷接枝改性丙烯酸酯共聚物乳液與硅酸鹽質(zhì)顆粒共混或在硅酸鹽質(zhì)基材表面涂覆后，研究聚硅氧烷接枝改性丙烯酸酯共聚物乳液對(duì)硅酸鹽質(zhì)顆粒的黏結(jié)情況，以及基體的抗壓強(qiáng)度、憎水性和耐酸堿性。③研究支鏈淀粉的鏈長(zhǎng)分配、接枝反應(yīng)溫度、時(shí)間、單體和引發(fā)劑濃度對(duì)共聚物接枝率的影響作用；通過(guò)測(cè)試改性支鏈淀粉/納米SiO2復(fù)合材料的稠度、保水性、收縮率、固體密度、水蒸氣滲透性、水吸附性、機(jī)械強(qiáng)度以及與基體相容性，研究改性支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)、含量以及硅源和偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)、含量對(duì)復(fù)合材料性能的影響。④TEM和DLS測(cè)試研究獲得的嵌段共聚物在水溶液中的自組裝行為，并分析分子結(jié)構(gòu)、嵌段間的組成比例、共聚物的分子量、濃度和溶液的pH值對(duì)溶液自組裝形貌的影響作用；TEM、DLS、Zeta電勢(shì)、XRD、TGA、DSC、XPS、SEM-EDX、QCM-D、SCAs、DCAs、流變儀和拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究溶液pH值、硅源的活性和含量、嵌段共聚物的結(jié)構(gòu)及溶液自組裝行為對(duì)SiO2沉積轉(zhuǎn)化率，研究嵌段共聚物/納米SiO2粒子、無(wú)規(guī)共聚物/SiO2復(fù)合乳液及聚乙烯醇/SiO2粒子結(jié)構(gòu)和形貌、溶液流變性質(zhì)及成膜表面性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)的影響作用。（3）保護(hù)材料功能時(shí)效動(dòng)態(tài)跟蹤及壽命分析①重點(diǎn)模擬自然氣候中的光照、溫度、濕度、鹽度等重要因素對(duì)保護(hù)材料進(jìn)行人工加速老化試驗(yàn)。②通過(guò)量化保護(hù)材料在老化過(guò)程中的色度、表面形貌、力學(xué)強(qiáng)度、溶解性和憎水憎油性能變化，確定影響保護(hù)材料壽命的主控因素，動(dòng)態(tài)跟蹤保護(hù)材料時(shí)效及功能失效所服從的規(guī)律。③通過(guò)FTIR、NMR、TGA、Py-GC/MS和TGA-FTIR測(cè)試，分析保護(hù)材料的結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的變化，研究保護(hù)材料功能失效所服從的規(guī)律。建立保護(hù)材料功能時(shí)效的動(dòng)力學(xué)模型。（4）保護(hù)材料功能實(shí)現(xiàn)的模擬研究①采用不同方法將保護(hù)材料應(yīng)用于表面清潔過(guò)的硅酸鹽質(zhì)文物基材。②通過(guò)超聲檢測(cè)和滲透過(guò)程檢測(cè)保護(hù)材料在保護(hù)基體內(nèi)的滲透深度及其深度分布。③通過(guò)X熒光光譜（XRF）、SEM、巖相顯微鏡，孔隙度和滲透深度測(cè)試研究巖石孔隙度的變化規(guī)律，動(dòng)態(tài)跟蹤保護(hù)材料在基體內(nèi)的滲透、擴(kuò)散、自組裝、聚集、相分離行為以及與基體界面相互作用情況，并研究保護(hù)材料對(duì)基體的滲透、填孔、形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)情況。④通過(guò)對(duì)硅酸鹽質(zhì)基材的色度變化程度、耐酸堿性、耐鹽蝕性、憎水增油性、耐光照穩(wěn)定性、濕熱穩(wěn)定性、透氣性、耐水沖刷性、抗壓強(qiáng)度和表面硬度測(cè)試，綜合評(píng)價(jià)保護(hù)材料對(duì)硅酸鹽質(zhì)基材的保護(hù)功能，及實(shí)施工藝對(duì)保護(hù)效果的影響。在保護(hù)材料與文化遺產(chǎn)作用機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，充分認(rèn)知材料應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)要素，并以關(guān)鍵要素為設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以最大限度提升保護(hù)效果為設(shè)計(jì)依據(jù)，尋求多個(gè)關(guān)鍵因素的最佳配合工藝，達(dá)到工藝與技術(shù)尋優(yōu)的目的。以上內(nèi)容通過(guò)下面技術(shù)路線來(lái)實(shí)現(xiàn)：有機(jī)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料有機(jī)部分無(wú)機(jī)部分耐候性粘結(jié)性滲透性等相容性酸堿性丙烯酸酯類氟聚合物支鏈淀粉硅基合成聚合物/硅基支鏈淀粉/硅基X-Si(OR)3有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合可控制備模擬樣品分析表征組成結(jié)構(gòu)與文物環(huán)境作用機(jī)理保護(hù)工藝與技術(shù)優(yōu)化微環(huán)境6.考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)搶救性保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)研究有機(jī)/無(wú)機(jī)協(xié)同保護(hù)功能考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)微環(huán)境調(diào)控技術(shù)研究。在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)大氣以及地下等環(huán)境因素綜合監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)以及多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，找出文物在環(huán)境突變時(shí)病變的關(guān)鍵影響因素，并開展文物本體最佳保護(hù)環(huán)境的調(diào)控技術(shù)研究，探索考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)珍貴文物微環(huán)境調(diào)節(jié)控制模式和技術(shù)?？脊虐l(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急保護(hù)修復(fù)技術(shù)研究。在掌握環(huán)境突變條件下文物本體病害形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，制備或篩選以臨時(shí)固型材料、陶胎加固材料、彩繪加固材料及粘結(jié)材料等為主的應(yīng)急性保護(hù)材料，并開展回貼材料以及回貼技術(shù)等為主的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急保護(hù)技術(shù)研究。以下重點(diǎn)介紹臨時(shí)固型材料和遺跡回貼技術(shù)的研究方案。臨時(shí)固型材料材料體系的篩選。以前期初步研究的薄荷醇類為基礎(chǔ)，考察更多的烷烴、芳烴和萜類天然產(chǎn)物類化合物，尋找更多滿足以下基本條件的化合物：（a）熔點(diǎn)。室溫下是固體，稍微加熱即能融化，方便涂刷或噴涂至遺跡表面；（b）滲透性。有一定的滲透性，方便遺跡的整體提取；（c）強(qiáng)度。固化后形成的保護(hù)層必須具有一定的強(qiáng)度，方便遺跡的提取和回貼；（d）升華性能。具有較好的揮發(fā)性，能夠被可控去除。材料制備。針對(duì)篩選出來(lái)的基本符合臨時(shí)固型材料要求的化合物，進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的化學(xué)修飾和改性，在保留原有化合物作為應(yīng)急性保護(hù)材料的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)改善其性能的不足部分。材料與文物的作用機(jī)理以及可控去除性研究。研究臨時(shí)固型材料與文物的物理、化學(xué)及力學(xué)作用機(jī)理，研究可控去除所需的外部條件以及可控去除過(guò)程中文物本體的力學(xué)效應(yīng)。通過(guò)反射紅外光譜分析及反復(fù)萃取等方法測(cè)定可控去除后臨時(shí)固型材料的殘余量，并研究其對(duì)后續(xù)保護(hù)的影響。脫落顏料遺跡回貼技術(shù)利用兩種或兩種以上材料可控去除性的差異，研究回貼技術(shù)；研究回貼材料與文物基體、粘結(jié)材料的作用機(jī)理。7.保護(hù)材料與技術(shù)安全性、有效性、耐久性系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)體系構(gòu)建及保護(hù)示范以壁畫、陶質(zhì)彩繪文物保護(hù)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)為基礎(chǔ)，結(jié)合保護(hù)過(guò)程中對(duì)材料的需求，開展保護(hù)材料的功能劃分研究，明確粘結(jié)材料、灌漿材料、加固材料、以及具備其它保護(hù)功能材料的物理和化學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上建立相關(guān)材料評(píng)價(jià)規(guī)范。采用多種研究手段，從微觀結(jié)構(gòu)、材料的結(jié)合方式等方面解釋保護(hù)材料功能實(shí)現(xiàn)的物理和化學(xué)過(guò)程，建立保護(hù)材料與工藝的安全性、有效性及耐久性的評(píng)價(jià)體系與標(biāo)準(zhǔn)。利用本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，對(duì)研究的保護(hù)材料及工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選滿足保護(hù)需求的材料與工藝，并在敦煌莫高窟和秦始皇兵馬俑進(jìn)行保護(hù)技術(shù)示范，現(xiàn)場(chǎng)定時(shí)跟蹤保護(hù)效果與文化遺產(chǎn)材質(zhì)及環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，實(shí)地驗(yàn)證保護(hù)技術(shù)的安全性、有效性以及服役壽命。8.高精度原位、無(wú)損研究與鑒定的技術(shù)方法體系本部分的研究方案為：高精度、原位、無(wú)損研究與鑒定的技術(shù)方法體系高精度、原位、無(wú)損研究與鑒定的技術(shù)方法體系構(gòu)建化學(xué)成分分析物相組成分析技法與干預(yù)行為分析形貌結(jié)構(gòu)分析便攜式XRF激光Raman光譜和紅外光譜儀X光成像OCT技術(shù)多光譜攝影技術(shù)技術(shù)適用性判斷原位、無(wú)損、非真空現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)方法的篩選、改進(jìn)和發(fā)展與實(shí)驗(yàn)室技術(shù)比較研究對(duì)無(wú)損分析技術(shù)分析準(zhǔn)確度、靈敏度的判定構(gòu)建用于系統(tǒng)研究脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的化學(xué)成分、物質(zhì)組成、原子價(jià)態(tài)、宏觀和微觀形貌、結(jié)構(gòu)、病害特征、制作工藝、文化遺產(chǎn)技法與干預(yù)行為等的分析技術(shù)體系，解決若干基礎(chǔ)性的關(guān)鍵技術(shù)和科學(xué)問(wèn)題。例如，在信號(hào)產(chǎn)生、探測(cè)以及識(shí)別方面，要重點(diǎn)研究激發(fā)源、激發(fā)條件、測(cè)量微環(huán)境的創(chuàng)造、探測(cè)器選擇等因素與測(cè)試精度和靈敏度的關(guān)系；在定量方法上，重點(diǎn)研究標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的設(shè)計(jì)與制備、分析結(jié)果的校正方法與技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化；在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試準(zhǔn)確性的評(píng)價(jià)方面，重點(diǎn)開展技術(shù)的適用性分析、測(cè)量結(jié)果的不確定性分析、影響因素分析以及不同分析技術(shù)間的比對(duì)分析等，用以改進(jìn)設(shè)備性能與校正方法。由于便攜、原位、無(wú)損現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用尚屬于起步階段，首先要進(jìn)行普遍性探索應(yīng)用，對(duì)設(shè)備的精確度、準(zhǔn)確度和現(xiàn)場(chǎng)適用性進(jìn)行評(píng)估，確定所用原位、無(wú)損測(cè)試裝置的技術(shù)瓶頸問(wèn)題，并系統(tǒng)開展原位、無(wú)損分析技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室無(wú)損、有損分析技術(shù)的比較研究。依據(jù)文化遺產(chǎn)保護(hù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的緊迫需求，重點(diǎn)探索和發(fā)展便攜式X射線熒光分析、拉曼光譜分析、紅外光譜分析、多光譜攝影、光學(xué)相干層析成像（OCT：opticalcoherencetomography）、X光成像技術(shù)等6種原位檢測(cè)技術(shù)，為文化遺產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的科學(xué)認(rèn)知、保護(hù)效果監(jiān)控提供技術(shù)支持。項(xiàng)目的可行性分析。根據(jù)與本項(xiàng)目相關(guān)的前期科學(xué)與技術(shù)研究積累、首席科學(xué)家、課題負(fù)責(zé)人及多學(xué)科團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)與技術(shù)水平、已具備的研究條件與測(cè)試技術(shù)、開展跨部門、跨學(xué)科以及跨國(guó)交叉集成研究的經(jīng)驗(yàn)、以及集文化遺產(chǎn)、科技、裝備于一體所形成的完整研究鏈，完全有能力按照項(xiàng)目的總體思想和技術(shù)路線，開展項(xiàng)目所規(guī)定的各項(xiàng)研究?jī)?nèi)容，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，取得重大突破，因此本項(xiàng)目是可行的，具體理由如下：（1）本項(xiàng)目擁有一支多學(xué)科交叉的研究隊(duì)伍，專業(yè)涵蓋材料學(xué)、物理、化學(xué)、儀器分析、文物保護(hù)、考古等領(lǐng)域，他們都長(zhǎng)期從事文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的研究，對(duì)保護(hù)材料的設(shè)計(jì)合成、保護(hù)功能、失效過(guò)程、使用壽命、效果評(píng)價(jià)以及對(duì)文化遺產(chǎn)本體的影響等研究具備雄厚的理論基礎(chǔ)，對(duì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)理念、保護(hù)需求、保護(hù)環(huán)境以及保護(hù)工藝有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是我國(guó)脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)工作的核心力量。（2）本項(xiàng)目組曾承擔(dān)相關(guān)研究60余項(xiàng)，發(fā)表論文300余篇，申請(qǐng)專利40余項(xiàng)。目前已取得該領(lǐng)域相關(guān)研究成果多項(xiàng)，如：敦煌研究院聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家單位研制完成了我國(guó)首個(gè)文化遺產(chǎn)出土現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，并獲得國(guó)家文物局2010年度文化遺產(chǎn)保護(hù)科學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；秦俑生漆層和顏料層抗皺與加固研究，獲得2005年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；已初步探明了敦煌壁畫鹽害形成機(jī)理；針對(duì)傳統(tǒng)材料糯米灰漿研究與應(yīng)用，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國(guó)外高水平（影響因子18.4）雜志上；開展了核殼型及嵌段型含氟/硅共聚物的研究與應(yīng)用；設(shè)計(jì)并初步合成新的提取與臨時(shí)加固材料——薄荷醇衍生物，其滲透性好，揮發(fā)快，低殘留，無(wú)毒性，固化時(shí)間適宜，能夠在潮濕環(huán)境下使用，并已申請(qǐng)專利。（3）本項(xiàng)目依托2個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、1個(gè)國(guó)家工程技術(shù)研究中心、3個(gè)國(guó)家文物局重點(diǎn)科研基地、1個(gè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，擁有硅酸鹽材料研究與制備的良好平臺(tái)、擁有通過(guò)了國(guó)家各項(xiàng)計(jì)量認(rèn)證的無(wú)機(jī)非金屬材料分析測(cè)試中心、擁有先進(jìn)的多因素環(huán)境模擬裝置和分析技術(shù)，為脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)科學(xué)認(rèn)知以及病害的形成機(jī)制研究提供了保障。（4）本項(xiàng)目擁有非常豐富的研究資源，敦煌研究院和秦始皇兵馬俑博物館為數(shù)眾多、且具代表性的壁畫和陶質(zhì)彩繪文物為本項(xiàng)目開展實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)示范應(yīng)用提供了得天獨(dú)厚的條件。另外，本項(xiàng)目承擔(dān)單位與全國(guó)各地的文博機(jī)構(gòu)保持長(zhǎng)期的聯(lián)系，他們的文物資源也為本項(xiàng)目的開展提供了豐富的研究對(duì)象。（5）本項(xiàng)目承擔(dān)及參與單位與國(guó)內(nèi)外多家測(cè)試裝備單位有良好的合作經(jīng)歷，同時(shí)與國(guó)外著名文化遺產(chǎn)保護(hù)單位有良好的合作研究基礎(chǔ)，為測(cè)試技術(shù)的集成研究以及充分利用境外優(yōu)質(zhì)科技資源奠定了良好的基礎(chǔ)。其中，部分單位共同組建了文化遺產(chǎn)系統(tǒng)第一家國(guó)家級(jí)工程研究中心“國(guó)家古代壁畫保護(hù)工程技術(shù)研究中心”，組建了國(guó)家文物局首個(gè)“陶制彩繪文物科技創(chuàng)新聯(lián)盟”，合作開展了多個(gè)項(xiàng)目研究，聯(lián)合培養(yǎng)研究生，聯(lián)合舉辦學(xué)術(shù)討論會(huì)，共同開發(fā)裝備等，這些都為承擔(dān)單位、參與單位以及外協(xié)單位間的良好溝通與合作創(chuàng)造了條件。項(xiàng)目的創(chuàng)新性本項(xiàng)目屬于國(guó)內(nèi)首個(gè)在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)設(shè)立的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目首次集聚了國(guó)內(nèi)文化遺產(chǎn)以及科技界相關(guān)的跨學(xué)科優(yōu)勢(shì)研究隊(duì)伍，項(xiàng)目的研究面和深度是以往任何一個(gè)專題項(xiàng)目都難以達(dá)到的，為項(xiàng)目的創(chuàng)新奠定了很好的基礎(chǔ)。項(xiàng)目的創(chuàng)新性與特色可歸納為以下幾點(diǎn)：（1）首次多學(xué)科交叉系統(tǒng)研究文化遺產(chǎn)及病害形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)。在多視角認(rèn)知文化遺產(chǎn)本體組成、結(jié)構(gòu)、性能的基礎(chǔ)上，集古代記載及前期研究積累，系統(tǒng)研究文化遺產(chǎn)形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)；首次在調(diào)查及統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究、歸納總結(jié)古代保護(hù)技術(shù)的的科學(xué)內(nèi)涵；首次在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究多環(huán)境因素耦合作用與文化遺產(chǎn)病害的關(guān)系，數(shù)據(jù)模擬文化遺產(chǎn)病害的形成及發(fā)展過(guò)程（2）首次全面、系統(tǒng)地科學(xué)認(rèn)知已用保護(hù)材料及工藝特點(diǎn)。統(tǒng)一評(píng)價(jià)方法的欠缺及評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的缺失致使人們難以對(duì)已用保護(hù)技術(shù)的優(yōu)劣進(jìn)行綜合評(píng)判。本項(xiàng)目在調(diào)研、分析、實(shí)驗(yàn)以及歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，首次全面解讀已用保護(hù)材料和技術(shù)的保護(hù)機(jī)制、優(yōu)點(diǎn)以及存在的問(wèn)題，對(duì)已用保護(hù)材料和技術(shù)的優(yōu)化提升、推廣使用及新保護(hù)材料和技術(shù)的設(shè)計(jì)都具有指導(dǎo)意義。（3）首次開展可控去除臨時(shí)固型材料以及回貼技術(shù)的研究。針對(duì)發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的緊迫需求，首次設(shè)計(jì)、合成可控去除臨時(shí)固型材料，并開展顏料遺跡回貼技術(shù)的研究，對(duì)于搶救、提取發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的更多遺跡信息以及復(fù)原古代文化遺產(chǎn)奠定了科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。（4）首次提出并完成系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的設(shè)計(jì)以及評(píng)價(jià)技術(shù)體系的構(gòu)建。安全性、有效性以及服役行為評(píng)價(jià)，是保護(hù)材料以及保護(hù)工藝應(yīng)用的前提，是科學(xué)保護(hù)的需要，也是避免保護(hù)性破壞的重要技術(shù)措施。本研究首次提出并設(shè)計(jì)完成了集保護(hù)技術(shù)安全性、有效性以及服役行為的評(píng)價(jià)技術(shù)體系，并建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（5）首次大規(guī)模系統(tǒng)集成研究適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)原位、無(wú)損、非真空檢測(cè)與表征的技術(shù)體系。鑒于文化遺產(chǎn)的不可移動(dòng)性、不能破壞取樣等特殊測(cè)試要求，集成文化遺產(chǎn)保護(hù)與研究、測(cè)試分析及儀器制造等多學(xué)科性人才，首次大規(guī)模開展原位、無(wú)損、非真空檢測(cè)技術(shù)體系的集成研究，包括：儀器改建與技術(shù)優(yōu)化、新型標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)制備及新型檢測(cè)方法建立等。課題設(shè)置根據(jù)本項(xiàng)目的總體目標(biāo)和研究思路，本著突出重點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)有機(jī)聯(lián)系的原則，圍繞擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，按照已確定的研究?jī)?nèi)容，充分考慮學(xué)科、研究方法和途徑等方面的區(qū)別與內(nèi)在聯(lián)系，共設(shè)置6個(gè)相互獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)的研究課題：脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)及病害的科學(xué)認(rèn)知已用典型保護(hù)材料與工藝的功能及失效規(guī)律研究考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)搶救性保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)研究有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)保護(hù)材料與工藝的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用示范高精度原位、無(wú)損表征體系的構(gòu)建課題1.脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)及病害的科學(xué)認(rèn)知研究目標(biāo)：系統(tǒng)研究典型壁畫和陶質(zhì)彩繪文物的組成、結(jié)構(gòu)、工藝、性能及其相互關(guān)系，揭示多環(huán)境因素耦合作用下病害的形成與發(fā)展機(jī)制，詮釋古代傳統(tǒng)材料抵御環(huán)境侵蝕的原因和科學(xué)內(nèi)涵，為后續(xù)保護(hù)材料及保護(hù)工藝的研究奠定基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容：（1）脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)研究。系統(tǒng)獲取所選擇典型壁畫和陶質(zhì)彩繪文物樣品的組成、結(jié)構(gòu)及性能數(shù)據(jù)。結(jié)合文獻(xiàn)資料，研究古代文化遺產(chǎn)的制備工藝，并用當(dāng)?shù)卦线M(jìn)行實(shí)驗(yàn)考古學(xué)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，利用多元統(tǒng)計(jì)分析方法系統(tǒng)研究文化遺產(chǎn)結(jié)構(gòu)-組成-工藝-性能的相互關(guān)系。（2）文化遺產(chǎn)與自然環(huán)境的依存關(guān)系研究。深入研究壁畫和陶質(zhì)彩繪文物的保存環(huán)境，包括地質(zhì)環(huán)境、氣象環(huán)境、大氣環(huán)境和生物環(huán)境。在全面認(rèn)知文化遺產(chǎn)主體的基礎(chǔ)上，探索壁畫和陶質(zhì)彩繪文物與自然環(huán)境長(zhǎng)期依存背后所蘊(yùn)含的科學(xué)精髓，分析總結(jié)并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為后續(xù)的科技保護(hù)提供科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。（3）病害形成機(jī)制及發(fā)展規(guī)律研究。針對(duì)壁畫與陶質(zhì)彩繪文物，研究多環(huán)境因素耦合作用時(shí)產(chǎn)生的病害種類及原因，建立多變量環(huán)境影響因素（溫度、濕度、地下水、鹽、CO2、光輻射等）與病害之間的相互關(guān)系及其演變規(guī)律。建立多變量模擬環(huán)境箱，研究模擬試樣在單變量及多變量環(huán)境因素作用下的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，研究病害的形成及發(fā)展機(jī)制。并利用多元統(tǒng)計(jì)分析等多因素處理方法，建立動(dòng)態(tài)多變量適應(yīng)性模型，確定關(guān)鍵性的環(huán)境影響因素，為阻止、延緩及預(yù)測(cè)病害發(fā)生提供科學(xué)依據(jù)，并建立研究及評(píng)價(jià)方法。承擔(dān)單位：中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所課題負(fù)責(zé)人：羅宏杰學(xué)術(shù)骨干：李偉東，郭景坤，靳治良，魯曉珂，董俊卿經(jīng)費(fèi)比例：25%課題2：已用典型保護(hù)材料與工藝的功能及失效規(guī)律研究研究目標(biāo)：運(yùn)用現(xiàn)代科技手段，如現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、取樣分析、實(shí)驗(yàn)室模擬、計(jì)算機(jī)分子模擬、動(dòng)力學(xué)仿真等，從宏觀實(shí)驗(yàn)層面到分子模擬層面重新認(rèn)知現(xiàn)有已用典型保護(hù)材料（包括傳統(tǒng)天然材料和現(xiàn)代合成材料），探討成功案例的科學(xué)基礎(chǔ)，揭示保護(hù)性破壞的基本原因。深入研究源于保護(hù)材料介入發(fā)生的主要物理、化學(xué)和力學(xué)變化的作用機(jī)制，探索保護(hù)材料的失效規(guī)律和失效速率。并在此基礎(chǔ)上開展典型保護(hù)材料的配方優(yōu)化、材料改良和工藝改進(jìn)等研究，為文化遺產(chǎn)保護(hù)技術(shù)水平的提高和構(gòu)建文化遺產(chǎn)保護(hù)科學(xué)提供基礎(chǔ)方法和理論。主要研究?jī)?nèi)容：（1）已用典型保護(hù)材料的科學(xué)認(rèn)知及評(píng)價(jià)。以古代壁畫和陶質(zhì)彩繪文物等脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)為重點(diǎn)，重新認(rèn)知現(xiàn)有典型保護(hù)材料，包括對(duì)已經(jīng)應(yīng)用過(guò)的傳統(tǒng)天然材料和現(xiàn)代合成材料，開展應(yīng)用情況調(diào)查，了解成功或失敗案例的情況，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣和檢測(cè)，并按現(xiàn)代材料學(xué)方法開展因素分析、功能解析、構(gòu)效評(píng)價(jià)和分類歸納。（2）保護(hù)材料介入后文化遺產(chǎn)本體物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)變化的機(jī)制研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬，研究與保護(hù)材料有關(guān)的文化遺產(chǎn)本體的熱脹性變化、濕脹性變化、界面效應(yīng)、應(yīng)力變化等，以及由此產(chǎn)生的脫色、粉化、開裂、起殼、剝離等破壞現(xiàn)象的機(jī)理和過(guò)程。（3）分子層面的兼容性和老化性研究。通過(guò)計(jì)算機(jī)分子模擬和動(dòng)力學(xué)仿真，研究保護(hù)材料與文化遺產(chǎn)本體結(jié)合后的脫離/親和趨勢(shì)，并給以定量或半定量解釋。研究分散于文化遺產(chǎn)微孔介質(zhì)中的保護(hù)材料的分解老化的機(jī)制和速率，研究保護(hù)材料失效后對(duì)文化遺產(chǎn)本體的微結(jié)構(gòu)影響和破壞性。（4）在機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體文化遺產(chǎn)對(duì)象，開展對(duì)現(xiàn)有典型保護(hù)材料的配方優(yōu)化、材料改良、工藝改進(jìn)和老化保護(hù)材料清除等方面的研究。承擔(dān)單位：浙江大學(xué)，敦煌研究院課題負(fù)責(zé)人：張秉堅(jiān)學(xué)術(shù)骨干：陳衛(wèi)祥，徐鑄德，張化冰經(jīng)費(fèi)比例：20%課題3.考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)搶救性保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)研究研究目標(biāo)：在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境突變條件下，以典型陶質(zhì)彩繪文物、脆弱性遺跡為研究對(duì)象，開展文物本體最佳環(huán)境條件評(píng)價(jià)和調(diào)控技術(shù)研究，以及現(xiàn)場(chǎng)適宜性保護(hù)修復(fù)技術(shù)的集成研究。揭示搶救性保護(hù)機(jī)理，設(shè)計(jì)制備應(yīng)急保護(hù)材料，研發(fā)應(yīng)急保護(hù)工藝技術(shù)。研究?jī)?nèi)容：(1)考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)微環(huán)境調(diào)控技術(shù)研究。在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)大氣以及地下等環(huán)境因素綜合監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)以及多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，找出文物在環(huán)境突變時(shí)病變的關(guān)鍵影響因素，并開展文物本體最佳保護(hù)環(huán)境的調(diào)控技術(shù)研究，探索考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)珍貴文物微環(huán)境調(diào)節(jié)控制模式和技術(shù)。(2)考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急保護(hù)修復(fù)技術(shù)研究。在掌握環(huán)境突變條件下文物本體病害形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，制備或篩選以臨時(shí)固型材料、陶胎加固材料、彩繪加固材料及粘結(jié)材料等為主的應(yīng)急性保護(hù)材料，并開展回貼材料以及回貼技術(shù)等為主的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急保護(hù)技術(shù)研究。（3）臨時(shí)固型材料的材料體系篩選及制備。研發(fā)具有可控去除特性的應(yīng)急保護(hù)材料，并研究其實(shí)施工藝。以前期初步研究的薄荷醇類為基礎(chǔ)，針對(duì)篩選出來(lái)的能用作臨時(shí)性保護(hù)材料或者有潛在應(yīng)用可能的化合物，參考其在熔點(diǎn)、滲透性、形成的保護(hù)層的強(qiáng)度以及升華性能的特點(diǎn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的化學(xué)修飾和改性，在保留原有化合物作為應(yīng)急性保護(hù)材料特性的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)提高其不足的性能。并研究其對(duì)文化遺產(chǎn)后續(xù)保護(hù)的影響。（4）應(yīng)急保護(hù)材料與技術(shù)評(píng)估。建立應(yīng)急保護(hù)材料與技術(shù)評(píng)估方法及規(guī)范，為保護(hù)材料與技術(shù)的有效性、安全性、可控性及可再處理性評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。并在此基礎(chǔ)上建立應(yīng)急保護(hù)技術(shù)的準(zhǔn)入制度。承擔(dān)單位：上海中科高等研究院，秦始皇兵馬俑博物館課題負(fù)責(zé)人：李雪梅學(xué)術(shù)骨干：夏寅，徐兵經(jīng)費(fèi)比例：10%課題4：有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)：針對(duì)脆弱硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)材料的特殊需求，結(jié)合無(wú)機(jī)與有機(jī)材料的不同特點(diǎn)，依據(jù)有機(jī)材料與二氧化硅的有效復(fù)合及以有機(jī)硅氧烷為前驅(qū)體兩條路線，制備數(shù)種適用于壁畫和陶質(zhì)彩繪文物保護(hù)的結(jié)構(gòu)可控型有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料，揭示有機(jī)-無(wú)機(jī)組分協(xié)同效應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，研究保護(hù)材料與被保護(hù)文物本體之間的兼容性，動(dòng)態(tài)跟蹤分析有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料壽命的主控因素及失效機(jī)理，探索保護(hù)過(guò)程中保護(hù)材料功能實(shí)現(xiàn)機(jī)理和相關(guān)規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容：（1）結(jié)構(gòu)可控型有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料主體骨架的分子設(shè)計(jì)及合成。在深入研究脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)需求的基礎(chǔ)上，其一，設(shè)計(jì)并合成以-Si(OR)3為骨架、同時(shí)帶有不同有機(jī)官能基團(tuán)X的有機(jī)硅分子(X-Si(OR)3)，根據(jù)不同的保護(hù)需求選擇X，X可以具有親水、憎水、黏結(jié)、耐酸堿性、抗微生物作用等單一或多效功能；其二，設(shè)計(jì)并合成有機(jī)物（丙烯酸酯類、含氟聚合物、支鏈淀粉等）與硅基材料（硅氧烷、有機(jī)硅、納米二氧化硅、硅溶膠等）的復(fù)合材料，利用有機(jī)部分的模板作用調(diào)控復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，得到有機(jī)和無(wú)機(jī)互相穿插及支撐的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)控優(yōu)化保護(hù)材料性能；利用FT-IR、NMR、GPC、TEM、AFM、XPS、SEM、DSC、QCM等分析技術(shù)對(duì)合成材料的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行表征。（2）保護(hù)過(guò)程中有機(jī)-無(wú)機(jī)組分協(xié)同效應(yīng)的調(diào)控機(jī)制及構(gòu)效關(guān)系研究。研究單體結(jié)構(gòu)、合成條件、聚合物分子結(jié)構(gòu)、分子量、聚集形式等對(duì)聚合物結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系，探索無(wú)機(jī)組分粒子的生長(zhǎng)方式和條件對(duì)保護(hù)材料結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系，揭示有機(jī)-無(wú)機(jī)組分協(xié)同效應(yīng)的調(diào)控機(jī)制以及與保護(hù)材料性能之間的關(guān)系。（3）保護(hù)材料功能時(shí)效動(dòng)態(tài)跟蹤及壽命分析。量化分析不同環(huán)境因素對(duì)材料功能的影響，確定影響有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料壽命的主控因素，動(dòng)態(tài)跟蹤分析有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料的協(xié)同作用隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，研究保護(hù)材料功能失效所服從的規(guī)律，建立保護(hù)材料功能時(shí)效的動(dòng)力學(xué)模型。（4）保護(hù)材料功能實(shí)現(xiàn)的模擬研究。探明保護(hù)材料與被保護(hù)文物本體的作用方式及功能實(shí)現(xiàn)途徑，動(dòng)態(tài)跟蹤保護(hù)材料在被保護(hù)本體內(nèi)的作用情況，實(shí)驗(yàn)室模擬研究保護(hù)工藝及保護(hù)材料功能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化方式，研究保護(hù)過(guò)程中保護(hù)材料的聚集方式或自組裝行為對(duì)保護(hù)效果的影響，研究保護(hù)過(guò)程中功能實(shí)現(xiàn)的機(jī)理及所服從的規(guī)律。承擔(dān)單位：西安交通大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，北京航空航天大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：和玲學(xué)術(shù)骨干：黃曉，趙翔，趙靜，翟錦經(jīng)費(fèi)比例：15%課題5：保護(hù)材料與工藝的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用示范研究目標(biāo)：以敦煌莫高窟壁畫和秦始皇兵馬俑坑考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)出土陶質(zhì)彩繪文物為主要研究對(duì)象，針對(duì)鹽害、空鼓、起甲等壁畫典型病害，以及陶胎酥粉、彩繪起翹、釉層剝落等陶質(zhì)彩繪文物典型病害，建立一套保護(hù)材料安全性、有效性、耐久性的系統(tǒng)評(píng)方法，評(píng)價(jià)壁畫和陶質(zhì)彩繪文物保護(hù)材料的服役行為，進(jìn)行相關(guān)工藝優(yōu)化，確定針對(duì)不同病害的最佳保護(hù)材料與保護(hù)工藝，并進(jìn)行保護(hù)技術(shù)示范。主要研究?jī)?nèi)容：（1）針對(duì)敦煌莫高窟壁畫和秦始皇兵馬俑坑出土陶質(zhì)彩繪文物，將文化遺產(chǎn)本體與賦存環(huán)境作為一個(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行研究，針對(duì)文化遺產(chǎn)不同病害，運(yùn)用環(huán)境模擬箱以及現(xiàn)代測(cè)試分析儀器，獲得多變量環(huán)境影響因素與病害的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。（2）針對(duì)敦煌莫高窟壁畫和秦始皇兵馬俑坑出土陶質(zhì)彩繪文物，深入研究文化遺產(chǎn)保護(hù)材料與文化遺產(chǎn)本體的作用機(jī)理，研究保護(hù)材料的失效機(jī)理，實(shí)現(xiàn)保護(hù)材料的預(yù)測(cè)與控制。（3）保護(hù)材料與工藝評(píng)價(jià)。利用多場(chǎng)耦合評(píng)價(jià)方法，分別從單一材料、基體、材料與基體結(jié)合體等角度測(cè)試和評(píng)估保護(hù)材料安全性、有效性及耐久性，系統(tǒng)評(píng)價(jià)壁畫和陶質(zhì)彩繪文物保護(hù)材料的服役行為，并進(jìn)行相關(guān)工藝優(yōu)化，確定針對(duì)不同病害的最佳保護(hù)材料與最優(yōu)施工工藝，在敦煌莫高窟壁畫和秦始皇兵馬俑坑實(shí)施保護(hù)技術(shù)示范。承擔(dān)單位：秦始皇兵馬俑博物館，敦煌研究院，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所課題負(fù)責(zé)人：吳永琪學(xué)術(shù)骨干：周鐵，容波，樊再軒，王亮，鄧中華經(jīng)費(fèi)比例：15%課題6：高精度原位、無(wú)損表征體系的構(gòu)建研究目標(biāo)：本研究將構(gòu)建針對(duì)壁畫、陶質(zhì)彩繪文物等脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)原位、無(wú)損研究與鑒定的科學(xué)技術(shù)方法體系，以便系統(tǒng)獲取這類文化遺產(chǎn)的化學(xué)成分、物相組成、宏觀和微觀形貌、結(jié)構(gòu)、病害特征、技法與干預(yù)行為等信息，為硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的原位科學(xué)認(rèn)知、無(wú)損鑒定、系統(tǒng)性保護(hù)及保護(hù)效果評(píng)價(jià)提供方法和技術(shù)支持。主要研究?jī)?nèi)容：（1）脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的化學(xué)成分、物相組成的原位、無(wú)損研究與鑒定的技術(shù)方法體系研究。改進(jìn)和發(fā)展現(xiàn)有的便攜式分析設(shè)備，提高現(xiàn)有技術(shù)方法的精確度、靈敏度、空間分辨率，以及在文化遺產(chǎn)原位研究時(shí)的適用度等，并形成合理的技術(shù)方法體系。探索和研究便攜式能量色散X射線熒光分析儀、X射線衍射光譜儀、Raman光譜儀、紅外光譜儀、高光譜分析儀等應(yīng)用于古代壁畫、陶質(zhì)彩繪文物原位、無(wú)損檢測(cè)時(shí)的相關(guān)科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。（2）脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的形貌、結(jié)構(gòu)的原位、無(wú)損研究與鑒定的技術(shù)方法體系研究。將X光成像技術(shù)、光學(xué)相干層析成像技術(shù)等應(yīng)用于古代壁畫的支撐體、地仗、顏料、封護(hù)層和陶質(zhì)彩繪文物的結(jié)構(gòu)及形貌的無(wú)損分析，實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的便攜化。所獲取的信息應(yīng)涵蓋脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的表層至內(nèi)部，尺度從宏觀至微觀，并間接獲取其制作工藝信息。（3）脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的病害特征、技法與干預(yù)行為的原位、無(wú)損研究與鑒定的技術(shù)方法體系研究。探索和研究便攜式多光譜攝影技術(shù)在古代壁畫及陶質(zhì)彩繪文物的技法與干預(yù)行為研究中的技術(shù)和科學(xué)問(wèn)題。并針對(duì)脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的起甲、酥堿、龜裂等表面病害及空鼓、裂隙、胎體粉化等內(nèi)部結(jié)構(gòu)性病害特性，探索和發(fā)展新型便攜式無(wú)損分析技術(shù)手段，全面獲取有助于對(duì)病害進(jìn)行科學(xué)性認(rèn)識(shí)的形貌、結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、物相組成等信息。（4）化學(xué)成分定量分析的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)體系的研究。將根據(jù)脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的結(jié)構(gòu)和成分特征，研制和選購(gòu)不同的參考物質(zhì)，以滿足各種無(wú)損分析技術(shù)對(duì)脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的陶胎、釉層、顏料層等不同部分進(jìn)行化學(xué)成分定量分析的要求，并確定不同無(wú)損分析技術(shù)及無(wú)損與有損分析技術(shù)所得分析結(jié)果的相對(duì)誤差范圍。通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)進(jìn)行定量分析，將使不同技術(shù)方法所得分析結(jié)果在硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的研究、鑒定中有共同的參照標(biāo)準(zhǔn)。（5）建立脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)中常見(jiàn)礦物原料的Raman特征譜線數(shù)據(jù)庫(kù)。研究將根據(jù)脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的組成特征，選取不同產(chǎn)地的現(xiàn)代礦物原料，并采用便攜式和固定Raman光譜儀進(jìn)行比較研究，并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)物相的自動(dòng)判別。這將極大提高采用原位、無(wú)損Raman光譜分析壁畫和釉陶等硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)時(shí)，解析所獲取譜線的效率和準(zhǔn)確度。研究同時(shí)可能發(fā)現(xiàn)一些現(xiàn)代礦物原料的產(chǎn)地特征，可用于硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)的鑒別研究。承擔(dān)單位：敦煌研究院，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院課題負(fù)責(zé)人：樊錦詩(shī)學(xué)術(shù)骨干：蘇伯民，李青會(huì)，卓尚軍，王臣立，王雪瑩經(jīng)費(fèi)比例：15%課題間關(guān)系各課題間的關(guān)系見(jiàn)下圖：課題課題6、高精度原位、無(wú)損表征體系的構(gòu)建課題1、脆弱性硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)及病害的科學(xué)認(rèn)知課題2、已用典型保護(hù)材料與工藝的功能及失效規(guī)律研究課題4、有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)課題3、考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)搶救性保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)研究課題5、保護(hù)材料與工藝的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用示范課題1研究文化遺產(chǎn)形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)及與環(huán)境作用的損毀機(jī)理，課題2研究已用典型保護(hù)材料與工藝的作用機(jī)制及失效規(guī)律，課題1和課題2為課題3和課題4中保護(hù)材料與工藝研究指明了方向，同時(shí)也支撐課題5中評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建以及技術(shù)示范的實(shí)施；課題3、課題4則重點(diǎn)研究搶救性保護(hù)材料及有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)新材料的設(shè)計(jì)與可控制備，支撐課題5中評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建以及技術(shù)示范的實(shí)施；課題5則聚焦建立有效性、安全性及耐久性的評(píng)價(jià)技術(shù)體系，對(duì)課題2、課題3與課題4的材料與工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在綜合課題1-課題4相關(guān)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，實(shí)施保護(hù)技術(shù)示范。課題6聚焦于文化遺產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、原位、無(wú)損以及非真空表征體系的研究工作，為課題1-課題5的實(shí)施提供了重要的研究方法和技術(shù)手段。

四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年實(shí)地調(diào)查采樣，系統(tǒng)研究壁畫和陶制彩繪文物化學(xué)組成、顯微結(jié)構(gòu)、物理性能、制作工藝及其相互關(guān)系，對(duì)文物本體及其相關(guān)病害開展全面的科學(xué)檢測(cè)和認(rèn)知。初步建立集文化遺產(chǎn)組成、結(jié)構(gòu)、性能、工藝及病害等信息于一體的數(shù)據(jù)庫(kù)。開展傳統(tǒng)和現(xiàn)有典型保護(hù)材料應(yīng)用現(xiàn)狀、古代壁畫和陶質(zhì)彩繪文化遺產(chǎn)所處環(huán)境情況的調(diào)研；根據(jù)典型保護(hù)材料應(yīng)用情況，進(jìn)行代表性實(shí)驗(yàn)樣品的仿制；開展實(shí)驗(yàn)室模擬裝置的設(shè)計(jì)、搭建和試運(yùn)行；計(jì)算機(jī)模擬的方案設(shè)計(jì)、模型建立、編程等前期準(zhǔn)備和試運(yùn)行。完成傳統(tǒng)和現(xiàn)有典型保護(hù)材料的分類、應(yīng)用情況調(diào)查、代表性保護(hù)材料的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和取樣分析；仿制出代表性實(shí)驗(yàn)樣品，搭建保護(hù)材料介入文物本體的模擬實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)裝置、開始試運(yùn)行計(jì)算機(jī)模擬的物理模型建立、編程、分子間力場(chǎng)的篩選和簡(jiǎn)化條件的設(shè)置。在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)大氣以及地下等環(huán)境因素綜合監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)以及多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，找出文物在環(huán)境突變時(shí)病變的關(guān)鍵影響因素，并開展文物本體最佳保護(hù)環(huán)境的調(diào)控技術(shù)研究，探索考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)珍貴文物微環(huán)境調(diào)節(jié)控制模式和技術(shù)。初步確定發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境突變時(shí)關(guān)鍵影響因素，并對(duì)為環(huán)境的調(diào)控模式和技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)積累和對(duì)材料功能的要求，確定適于壁畫和陶質(zhì)彩繪類文化遺產(chǎn)保護(hù)的結(jié)構(gòu)可控型有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；采用化學(xué)修飾法、水解縮合法、接枝聚合法、ATRP法、溶膠-凝膠法、乳液聚合法和仿礦化生長(zhǎng)法等初步合成有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料，并采用FTIR、NMR、TEM、TGA和DSC技術(shù)表征材料的結(jié)構(gòu)和組成。獲得4-6種適于壁畫和陶質(zhì)彩繪類文化遺產(chǎn)保護(hù)的結(jié)構(gòu)可控型有機(jī)/無(wú)機(jī)保護(hù)材料。針對(duì)脆弱硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)，以壁畫、陶質(zhì)彩繪文物為研究對(duì)象，針對(duì)此類文物保護(hù)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并結(jié)合保護(hù)過(guò)程中對(duì)材料的需求，開展保護(hù)材料的功能劃分研究，確定粘結(jié)材料、灌漿材料、加固材料、以及具備其它保護(hù)功能材料的物理和化學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上建立相關(guān)材料評(píng)價(jià)規(guī)范。確定保護(hù)功能材料的物理和化學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)，建立相關(guān)材料保護(hù)效果評(píng)價(jià)規(guī)范。初步建立針對(duì)項(xiàng)目研究對(duì)象化學(xué)成分無(wú)損傷定量分析的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選擇與制備。能夠?qū)⒈銛y式能量色散X射線熒光分析儀成功應(yīng)用與原位、無(wú)損分析，特別是實(shí)現(xiàn)對(duì)輕元素Na、Mg的準(zhǔn)確檢測(cè)?，F(xiàn)有便攜式拉曼光譜儀的改進(jìn)和發(fā)展，并能夠成功應(yīng)用于原位、無(wú)損的物相組成研究。便攜式高光譜攝影技術(shù)在古代壁畫及陶制彩繪文物的病害特征、技法與干預(yù)行為研究中的成功應(yīng)用。建立至少2個(gè)系列的化學(xué)成分定量分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)體系，明確激發(fā)參數(shù)（電壓、電流）、分析時(shí)間、探測(cè)器能譜分辨率、測(cè)試環(huán)境等因素對(duì)便攜式XRF分析準(zhǔn)確度和精確度的影響。確定便攜式拉曼光譜儀的激發(fā)波長(zhǎng)、光束導(dǎo)出方式、激光功率、積分次數(shù)、束斑大小等因素對(duì)物相識(shí)別的影響。明確高光譜攝影的波長(zhǎng)、濾光片、攝影角度、攝影距離、信號(hào)處理方式等對(duì)信息提取的影響程度。第二年繼續(xù)研究典型壁畫和陶質(zhì)彩繪文物的制備工藝與形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)。借助多元統(tǒng)計(jì)分析方法總結(jié)不同保存狀態(tài)的文化遺產(chǎn)的組成、結(jié)構(gòu)、性能、工藝以及所處環(huán)境特點(diǎn)，歸納出具有優(yōu)異環(huán)境抵御能力的原因及科學(xué)技術(shù)內(nèi)涵，為古代技術(shù)的發(fā)揚(yáng)光大以及后續(xù)新材料和新工藝的研究奠定基礎(chǔ)。進(jìn)一步完善中國(guó)硅酸鹽質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，初步探明埋藏、發(fā)掘及保存過(guò)程中主要病害的形成機(jī)制及演變過(guò)程。開展實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，研究代表性保護(hù)材料介入文物本體后的各種變化過(guò)程；開展計(jì)算機(jī)分子模擬研究，定量或半定量地解釋保護(hù)材料的兼容性問(wèn)題；針對(duì)典型保護(hù)材料，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和裝置的搭建，開始系列實(shí)驗(yàn)研究。完成一兩個(gè)典型保護(hù)材料介入多孔文物本體后物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)變化的實(shí)驗(yàn)研究，初步了解文物本體破壞的主要原因；完成硅酸鹽平板微孔內(nèi)保護(hù)材料分子片段的脫離/親和趨勢(shì)的計(jì)算機(jī)模擬研究，從分子層面探討保護(hù)材料的兼容性問(wèn)題；完成典型保護(hù)材料主要功能、保護(hù)效果和存在問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，開始初步的多因素系列研究。繼續(xù)研究考古挖掘現(xiàn)場(chǎng)微環(huán)境調(diào)控技術(shù)，確定文物在環(huán)境突變時(shí)病變的關(guān)鍵影響因素，確定文物本題最佳環(huán)?；h(huán)境，并實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的調(diào)控；初步實(shí)現(xiàn)對(duì)考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)珍貴文物微環(huán)境的調(diào)控。開展臨時(shí)固型體系的篩選。對(duì)微環(huán)境的調(diào)控技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和優(yōu)化，獲得微環(huán)境的調(diào)控技術(shù)；初步實(shí)現(xiàn)對(duì)考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)珍貴文物微環(huán)境的調(diào)控；初步對(duì)臨時(shí)固型材料的結(jié)構(gòu)、性能關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。采用TEM、DLS、Zeta電勢(shì)、XRD、TGA、DSC、XPS、SEM-EDX、QCM-D、SCAs、DCAs、流變儀和拉伸實(shí)驗(yàn)等技術(shù)研究單體結(jié)構(gòu)、聚合物合成條件、分子量、自組裝行為對(duì)納米SiO2生長(zhǎng)方式和分散量的影響作用；研究無(wú)機(jī)納米SiO2的制備方法、分散方式、含量對(duì)復(fù)合材料溶液、乳液性質(zhì)和成膜性能的影響，綜合研究保護(hù)材料結(jié)構(gòu)控制與性能受制因素。揭示無(wú)機(jī)組分粒子的生長(zhǎng)方式和條件對(duì)保護(hù)材料結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系；解析有機(jī)-無(wú)機(jī)組分協(xié)同效應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，以及與保護(hù)材料性能之間的關(guān)系。明確有機(jī)-無(wú)機(jī)組分協(xié)同效應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，以及與保護(hù)材料性能之間的關(guān)系。利用多種分析研究手段，觀察保護(hù)材料在文物表面的微觀結(jié)構(gòu)及材料與文物的結(jié)合方式等方面，確定保護(hù)功能材料的物理化學(xué)作用方式，在此基礎(chǔ)上建立保護(hù)材料與工藝的安全性、有效性及耐久性的評(píng)價(jià)體系與標(biāo)準(zhǔn)。建立保護(hù)材料與工藝的安全性、有效性及耐久性的評(píng)價(jià)體系與標(biāo)準(zhǔn)。便攜式紅外光譜分析、X射線成像技術(shù)在原位、無(wú)損分析中的適用性、精確度和準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià)。光學(xué)相干層析技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，確定該技術(shù)應(yīng)用于脆弱性硅酸鹽質(zhì)文物形貌、結(jié)構(gòu)和病害特征研究的技術(shù)參數(shù)、技術(shù)瓶頸等。綜合便攜式的拉曼光譜、紅外光譜、X射線熒光分析技術(shù)，深入研究古代壁畫的顏料組成及其變化，特別是對(duì)無(wú)機(jī)顏料的識(shí)別。系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)室固定分析設(shè)備和便攜式分析設(shè)備所獲研究結(jié)果的比較研究。明確已采用的各種便攜式分析技術(shù)的技術(shù)瓶頸，優(yōu)化相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，提出完善方案，并完成設(shè)備的改進(jìn)。初步建立脆弱性硅酸鹽質(zhì)文物中常見(jiàn)晶體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)參照?qǐng)D譜數(shù)據(jù)庫(kù)。確定所選用的各種便攜式分析技術(shù)的分析準(zhǔn)確度和精確度，初步建立具有普遍適用性，并滿足研究準(zhǔn)確度和精確度要求的原位、無(wú)損表征體系。第三年研究壁畫和陶質(zhì)彩繪文物的保存環(huán)境，包括地質(zhì)環(huán)境、氣象環(huán)境、大氣環(huán)境和生物環(huán)境。在全面認(rèn)知文化遺產(chǎn)主體的基礎(chǔ)上，探索壁畫和陶質(zhì)彩繪文物與自然環(huán)境長(zhǎng)期依存背后所蘊(yùn)含的科學(xué)精髓，分析總結(jié)并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為后續(xù)的科技保護(hù)提供科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。初步揭示文化遺產(chǎn)與自然環(huán)境的依存關(guān)系，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬驗(yàn)證，指導(dǎo)實(shí)際保護(hù)技術(shù)。開展多因素實(shí)驗(yàn)室模擬研究，揭示典型保護(hù)材料介入多層多孔本體介質(zhì)后的機(jī)制和保護(hù)性破壞的原因；開展分子層次硅酸鹽微孔內(nèi)保護(hù)材料分子片段的分解老化研究；開始簡(jiǎn)單體系典型保護(hù)材料滲入多孔文物本體的速率問(wèn)題研究。完成標(biāo)準(zhǔn)化多因素實(shí)驗(yàn)室模擬研究，解釋代表性保護(hù)材料介入多層多孔本體介質(zhì)后熱脹變化、濕脹變化、界面應(yīng)力變化的機(jī)制和發(fā)生保護(hù)性破壞的條件；完成分子層次硅酸鹽微孔內(nèi)保護(hù)材料分子片段的分解變化和對(duì)孔體影響的研究，解釋保護(hù)材料的老化機(jī)制；完成簡(jiǎn)單體系典型保護(hù)材料滲入多孔本體介質(zhì)后遷移速率、作用過(guò)程和反向速率的實(shí)驗(yàn)和動(dòng)力學(xué)理論的初步研究。進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)微環(huán)境調(diào)控技術(shù)研究。進(jìn)一步對(duì)臨時(shí)固型材料進(jìn)行篩選并合成系列以薄荷醇為基體的可能的材料體系，研究結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)通過(guò)目標(biāo)環(huán)境確定材料結(jié)構(gòu)并建立臨時(shí)固型材料庫(kù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)珍貴文物微環(huán)境的調(diào)控;合成系列臨時(shí)固型材料;建立臨時(shí)固型材料的體系并在實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境中其性能;確定臨時(shí)固型材料的結(jié)構(gòu)、性能關(guān)系；初步實(shí)現(xiàn)通過(guò)目標(biāo)環(huán)境確定材料結(jié)構(gòu)并建立固型材料庫(kù)。通過(guò)模擬自然氣候中的重要因素對(duì)保護(hù)材料進(jìn)行人工加速老化試驗(yàn)，量化保護(hù)材料在老化過(guò)程中的色度、