等離子、雷射清洗中國古代壁畫污漬作用機制研究

《等離子、雷射清洗中國古代壁畫污漬作用機制研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由葉亞雲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：等離子、雷射清洗中國古代壁畫污漬作用機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：葉亞雲
• 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心

項目摘要

本項目針對我國古代壁畫文物保護對安全有效的先進清洗技術的迫切要求，開展壁畫污漬的電漿、雷射清洗技術研究。為確保壁畫基底在清洗過程中的安全無損，研究電漿和雷射誘導我國古代壁畫基底材料（顏料層、白灰層、地仗層）的損傷行為機制及演化規律，獲得抑制基底損傷的控制方法和對不同基底材料的電漿和雷射參數的安全使用範圍。針對壁畫表面的灰塵、鈣質垢層、黴菌、油污等污漬，建立清洗過程中污漬表面微結構、物理化學性質與電漿、雷射作用之間的關係，闡明電漿、雷射去除壁畫表層污漬的理化作用機理。在此基礎上，建立安全有效的電漿、雷射清洗我國古代壁畫的精確控制方法。本項目研究成果為電漿、雷射技術清洗壁畫提供科學依據和理論指導，為我國古代壁畫保護提供新的方法，推動我國文物保護領域技術水平發展，對保護我國珍貴文化遺產意義重大。

結題摘要

本項目以我國古代寺觀壁畫作為研究對象，壁畫樣品按照寺觀壁畫的傳統工藝製作而成，表面用黑色和紅色顏料作畫，壁畫表面污染物選取了煙燻、灰塵這兩種典型污染物。通過開展大氣常壓電漿清洗壁畫表面污染的相關驗證與評估，表明大氣常壓等離子清洗對去除煙燻油污具有較好的效果，而對灰塵顆粒效果較差；明確清洗油污過程中發揮主導作用的是大氣常壓電漿中的原子態氧，在原子態氧的作用下，有機物逐漸脫氫脫碳，最終形成CO2和H2O而被充分去除；基於此原理明確了大氣常壓電漿對壁畫表面兩種常見顏料的影響規律，表明大氣常壓等離子對壁畫表面的黑色顏料與棕紅色顏料均有影響，但通過精密控制清洗工藝，使清洗時長短於3s，工作距離長於5mm，可保證清洗過程不會破壞壁畫表面顏料層。在雷射清洗壁畫表面污染物作用機制的研究過程中，通過雷射輻照實驗，結果表明，355nm和1064nm波長雷射能安全有效的清洗白色石灰層表面的煙燻和灰塵污染物，但無法清洗紅色和黑色顏料層表面的煙燻和灰塵污染物；得到了355nm和1064nm波長雷射，在3次脈衝下，可清洗煙燻和灰塵污染物的清洗參數範圍。利用泵浦-探測超快診斷實驗平台研究雷射輻照壁畫表面的超快物理過程，建立雷射輻照過程的物理情景，同時利用先進表征手段測試樣品在雷射輻照前後的理化性質。目前初步明確了雷射引起壁畫基底（白色石灰層）損傷的作用機理以及雷射清除白色石灰層表面煙燻污染物的作用機理。 本項目研究結果論證了大氣常壓等離子和雷射清洗壁畫表面特定污染物的有效性和安全性，初步揭示了相關作用機理，為電漿和雷射技術清洗壁畫提供科學依據，為後續深入研究奠定基礎。