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红外技术为文物保护“治未病”
2019年07月04日  作者:戴丽昕   编辑:ydm   审核:杨冬梅  版面:A3

红外技术发展迅速,已经在军事领域、科学研究、工农业生产、医疗卫生及日常生活方面获得广泛的应用。在日前召开的东方科技论坛上,院士专家共同呼吁:上海科创中心建议要聚焦短波红外制高点,发展“中国红外芯”。上海大学文化遗产保护基础科学研究院院长黄继忠表示,近年来,需要“抢救”的文化遗产少了,未来文化遗产保护将转向“治未病”。

为生病文物做“体检”

2000年,敦煌莫高窟有一半壁画“生病”了。这是一种由潮湿环境造成壁画中大量的氯化钠聚积并不断溶解、结晶的病症,叫做酥碱病,有“壁画病中的癌症”之称,其主要原因是水。

文物都十分脆弱,曾有专家在一个中型洞窟中作了一项实验:40个人在里面逗留37分钟,空中的湿度、温度和二氧化碳含量就超过正常量的6倍。在高湿度的环境中,二氧化碳与水结合生成酸性物质,会使壁画褪色;而空气中的水汽与岩体中的盐分结合,反复膨胀收缩则是造成壁画酥碱病害的重要原因。实验中起到关键性作用的还是红外技术。

要“治病”,得先知道“病灶”在哪儿。光电技术由此引入文物保护,其中能够利用室温景物自身发射的热辐射成像的红外技术解决了难题。黄继忠说:“文物保护最重要的是‘皮下’23毫米的区域。红外技术解决了两大难点:一是成像,即识别文物内部结构缺陷及水分分布情况;二是光谱分析,即对文物的彩绘颜料、胶料、蚕丝纤维等进行分析判断。”具体而言,红外热成像法通过摄取文物的红外辐射能并将其转换为形象直观的热像图,可有效反映不同材质和类别文物的表面温度分布,进而识别内部结构缺陷(如裂隙、空鼓)及水分分布情况。

抢占新型技术制高点

以壁画为例,如何在尚未起甲、脱落、褪色之前发现隐患,这对红外等高新技术提出了更高要求。黄继忠正在做的长期检测项目,就将文化遗产和当地的环境、水文、气候等数据联系起来。上海大学文化遗产保护基础科学科学研究院教授罗宏杰说,英国诺宁汉大学的一位上海小姑娘,把天体物理与红外成像“跨界”到了一起,她用天文望远镜的成像原理,把几百米远处的物体“拉”到眼前而不失真,这套设备被各大英国博物馆纷纷采用。

除此之外,光电技术还有可能让考古学出现重大突破。英国伦敦国立美术馆用红外线扫描达·芬奇名作《岩间圣母》,意外发现此画后面隐然浮现着另一张画的草图。“若能用此技术检测那些因岁月而文字褪色的石片、竹简,也许能填补许多历史上的空白。” 黄继忠说。

据悉,作为一种新型短波红外探测技术,InGaAs探测器的应用越来越广泛。上海打造智慧城市、建设全球科创中心、大力发展大数据和人工智能等产业都离不开红外传感器智能的“眼睛”。与会专家认为,上海可以充分利用各种功能平台,聚集短波红外核心人才和产业开发资源,抢占新型短波红外核心芯片技术制高点,发展“中国红外芯”。特别是在短波红外的产业发展中,了解用户需求, 整合多方资源,形成批量化稳定产品的能力,完善研发、小试、中试、 产业化平台与机制,不断增强短波红外产业化、市场应用与持续发展能力。

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