“南澳Ⅰ号”沉船出水克拉克瓷产地的科技分析

“克拉克瓷”是我国明清时期销往欧洲的一种青花瓷器。长期以来,对于这类外销瓷器的研究始终是国际陶瓷考古学界关注的热点。2007年,“南澳Ⅰ号”明代沉船的发现和其中大批瓷器的出水,为“克拉克瓷”研究提供了新的宝贵资料。结合传统器型学方法与波长色散型X射线荧光光谱分析,探明了十件“南澳Ⅰ号”沉船出水瓷器的产地,为更深入的研究工作打好了基础。     

激光清洗陶瓷文物表面污染层的实验研究

近年来激光清洗技术逐渐应用在文物保护领域。针对陶瓷文物样品表面的黄色污染层(铁锈)和黑色污染层(CaSO_4或PbCO_3与灰尘的混合物),进行纳秒激光清洗文物的实验研究。实验上采用肉眼观察和激光共聚焦高倍显微镜测量等手段,通过改变激光功率、扫描速度和清洗次数等参数,控制陶瓷表面污染物的烧蚀作用和清洗效果,探索两种污染物的优化清洗参数。实验中得到了陶瓷文物样品表面两种污染物的最佳清洗参数,为陶瓷文物的修复和保护提供数据支撑。     

光学元件超声清洗工艺研究

系统开展了光学元件超声清洗工艺的实验研究。通过研究超声清洗剂、清洗温度等工艺参数的优化,找到了能够有效祛除元件表面无机污染物和有机污染物的较佳超声清洗工艺,且超声清洗没有对光学元件表面产生损伤,清洗后的光学元件接触角小于6,并不残留大于1 m的颗粒,超声清洗对光学元件表面污染物的祛除能力远胜于手工清洗。     

冲击载荷作用下PZT-5压电陶瓷的力电特性

压电陶瓷是压电冲击传感器的核心元件。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术研究PZT-5压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性,进行了4～14 m/s不同速度的实验。实验中为保证试件与压杆绝缘,采用了对试件影响较小的表面溅射Al2N3的工艺,溅射厚度为1～3μm。实验结果表明:在冲击加载过程中,PZT-5压电陶瓷的应变变化表现出黏性性质,其产生的电荷与加载过程中试件的应力、应变均相关;当加载速度超过一定值时,加载过程中压电陶瓷可能产生损伤,不同的损伤程度也影响电荷的产生;PZT-5压电陶瓷的力学和电学性能具有明显的率相关性。     

铝合金焊前激光清洗的等离子体光谱在线检测

铝合金焊接技术在工业生产、制造和维修等领域有广泛的应用,焊缝内存在气孔导致焊接质量降低是铝合金焊接技术的常见问题。由于铝合金表面金属氧化物是导致气孔生成的主要来源,对激光清洗过程进行在线检测,不但可以实时分析表面氧化物的清洗状态,而且可以避免基体表面因为过度清洗造成损伤或二次氧化。提出采用激光诱导等离子体光谱(LIBS)在线检测铝合金焊前激光清洗过程,表征清洗后铝合金基体的表面状态。LIBS技术可以对多元素成分同时检测,拥有较低的检出限和较高的准确性。搭建基于Andor Mechelle 5000光谱仪的铝合金焊前激光清洗在线检测系统,剔除空气环境对实验结果的影响,测试6061铝合金表面氧化物和铝合金基体的LIBS光谱,分析两者独特的元素特征谱线,采用X射线能谱(EDS)测试结果验证元素特征谱线的准确性,并探讨激光清洗过程LIBS技术在线检测的可行性。实验测试等离子体光谱谱线强度与激光能量密度之间的关系,获得单次脉冲激光去除铝合金表面氧化物的损伤阈值,结合X射线能谱的检测结果研究激光损伤阈值的成因及影响。研究激光清洗过程等离子体光谱特征谱线与脉冲次数之间的关系,提出基于O/Al特征谱线强度比值作为在线检测清洗效果及二次氧化损伤的评判依据。为验证该评判依据的准确性,将O/Al特征谱线强度比值随清洗次数的变化趋势与X射线能谱测试获得的氧元素原子百分比变化趋势进行对比。实验结果表明:采用200~700 nm范围内激光诱导等离子体谱线特征分析激光清洗状态,可以剔除空气环境的影响;氧元素和铝元素特征谱线准确反映出表面氧化膜与铝合金基体的成分差异;X射线能谱检测元素成分和含量表明氧元素含量随着激光清洗能量密度先减后增,单次清洗铝合金的二次氧化损伤的激光能量阈值为11.46 J·cm-2,小于损伤阈值的激光能量密度对铝合金基体的多次清洗未造成损伤,等离子体光谱特征谱线强度与表面清洗状态相关, 656.5 nm(OⅡ)/396.2 nm(AlⅠ)谱线强度比值≤1.5%为激光清洗干净的依据。研究结果有利于铝合金的激光清洗实时控制技术和焊接装置集成化。     

提高多层介质膜脉宽压缩光栅阈值的清洗方法

采用HPM溶液（盐酸、双氧水和去离子水的混合液）结合氧等离子体对多层介质膜脉宽压缩光栅进行清洗研究。用X射线光电子能谱检测光栅表面的元素成分及其原子含量的变化。实验结果表明,氧等离子体处理能有效去除光栅表面残留光刻胶和碳氟化合物; 再经HPM溶液清洗,反应离子束刻蚀和氧等离子体处理过程产生的金属污染物被进一步去除。经过上述清洗工艺处理后,光栅一级衍射效率仍保持在95%以上,光栅表面激光诱导损伤阈值达到1.6 J/cm2 (1053 nm, 10 ps)。实验结果说明了氧等离子体和HPM溶液相结合能有效清洗多层介质膜脉宽压缩光栅,并显著提高光栅损伤阈值。     

碳纤维复合材料的激光清洗等离子体光谱在线检测研究

近年来碳纤维复合材料（CFRP）由于性能优异,受到工业领域广泛关注。采用激光清洗技术预处理碳纤维复合材料表面的污染物和环氧树脂等杂质,有利于改善碳纤维复合材料表面性能,提高碳纤维复合材料胶接界面的结合强度。在线检测激光清洗过程,实时判断碳纤维复合材料的表面清洗质量,是保证激光清洗效果的关键环节,也是激光清洗装置自动化、集成化的核心技术。激光诱导等离子体光谱技术可以快速分析材料表面元素变化,实现在线检测激光清洗表面状态,在激光清洗领域有很广的应用前景。采用Nd∶YAG高能量脉冲激光器产生的1 064 nm激光在空气环境中诱导产生等离子体,利用改进型光栅光谱仪(ME5000)获取等离子体光谱,在线检测激光清洗碳纤维复合材料。研究外界空气环境对等离子体光谱检测结果的影响,发现350~700 nm波段的元素谱线可用于碳纤维复合材料表面物质成分分析;采用电子扫描显微镜观测的激光清洗表面形貌和X射线电子能谱仪测得的元素变化共同表征等离子体光谱检测的有效性,通过采集不同激光能量以及不同作用次数的等离子体光谱图,获得碳纤维复合材料表层树脂物质通过激光单次清洗干净的阈值,研究激光清洗质量与激光诱导等离子体谱线成分及其强度变化的关系。结果表明：在获取的激光诱导等离子体光谱中,光谱图中谱线波长在393.3 nm的S(Ⅱ)和589.5 nm的S(Ⅱ)谱线可有效在线表征碳纤维复合材料表面清洗质量;激光单次去除干净表面环氧树脂的阈值为10.68 mJ;低激光能量时需要清洗多次可以去除干净表面树脂;高激光能量时清洗单次可使表面树脂去除干净,多次清洗易造成基体损伤。实验结果为激光清洗碳纤维复合材料的智能集成化应用提供工艺依据和技术支持。     

高功率脉冲TEA CO2激光除漆的研究

选用高功率脉冲TEA CO2激光器,对不同颜色不同种类的油漆进行了清洗实验,运用数码照片分析程序计算出清洁率,找出了完全清洗阈值和损伤阈值.实验结果较为清晰地给出了激光输出能量和重复频率对清洗效果的影响.对红色醇酸漆来说,完全清洗阈值为10.37J/cm2,而损伤阈值为11.43 J/cm2;红色金属喷漆的完全清洗阈值为9.66 J/cm2,其损伤阈值达10.37 J/cm2;黄色金属喷漆的完全清洗阈值为10.71 J/cm2,损伤阈值则为11.07 J/cm2.输出能量和重复频率未达指定参数时,激光清洗清洁率则低于100%.     

邛崃窑彩绘瓷彩绘工艺的SRXRF研究

邛崃窑彩绘瓷的彩绘技法,是考古学家和陶瓷专家十分关心而又长期争论、至今未有定论的问题。文章采用SRXRF方法,对邛崃窑古瓷残片剖面进行了线扫描分析,着重探讨了彩料与瓷釉的相对关系,结果发现古代邛崃窑彩绘瓷器中既有釉上彩又有釉下彩,这对我国古代瓷器彩绘工艺的发展具有一定的参考价值。     

“南海Ⅰ号”沉船木材的微束XRF面扫描分析

“南海Ⅰ号”是一艘南宋时期的木质商船，沉没于我国广东省阳江市东平港以南约20海里处，发现于1987年，经多次水下考古调查后，于2007年严格按照水下考古规范，成功地将其整体打捞出水，迄今为止中国境内发现的年代最早、船体最大、保存最完整的古沉船。由于在海底埋藏达800年之久，因此船体和及其所承载的木质文物，在海水中盐份以及各种微生物的协同作用下，发生了严重的物理化学和生物降解作用，使得原有的木材成分大量降解流失，木质纤维间的支撑力减少，导致强度降低，结构糟朽。硫铁化合物是海洋出水木材的重要病害来源，因此铁、硫元素的含量、分布以及赋存状态，对海底出水有机质材料的研究和保护具有重要的学术价值。由于制样和传统方法限制，难以对出水木材中的铁和硫进行原位无损分析，同时分析速度和测量成本亦是难以克服的困难。微束X射线荧光技术，特别是基于常规X光管的微聚焦技术，为该问题提供了便捷、快速、可靠、无损和低成本的解决方案。基于此，选择“南海Ⅰ号”出水船体为研究对象，应用最新的多导毛细管微聚焦X射线荧光光谱技术，并结合拉曼光谱分析，对出水木材中的铁、硫含量和分布进行了面扫描分析。结果指出，样品中的铁、硫元素分布不均，存在多种赋存形态，揭示了元素分布特点和规律为研究水木材中硫、铁的来源、富集以及耦合关系等提供了线索。研究表明，微束XRF技术可有效分析不规则、不均匀的饱水木材中不同部位铁、硫丰度，在二维尺度上揭示元素的分布情况以及其相关性。研究结果可为探讨海洋出水木材中的硫、铁及其化合物的沉积和循环机制以及相关文物保护和修复工作，提供重要的科学支持和有益借鉴。     

陶瓷和仿珍珠母陶瓷/聚脲复合结构的冲击损伤对比

建立了陶瓷梁受平头弹撞击的有限元模型,模拟了其冲击损伤演化过程,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的合理性。在此基础上,建立了仿珍珠母陶瓷/聚脲复合梁受相同弹体撞击的有限元模型,将其损伤演化过程与陶瓷梁进行了对比,并且分析了弹体撞击速度对两者损伤过程的影响。结果表明:在高速撞击下,陶瓷梁的损伤呈锥状扩展,梁发生整体性破坏,而仿珍珠母复合梁的损伤沿纵向(冲击方向)呈圆柱状扩展,梁发生局部性破坏,能更好地保持结构完整性;随着弹体撞击速度的增加,陶瓷梁的损伤范围加大,损伤程度加剧,而仿珍珠母复合梁的损伤范围在撞击速度高于一定值后变化不大,仅损伤程度增加。     

“小白礁Ⅰ号”清代木质沉船构件的脱盐监测

“小白礁Ⅰ号”是一艘沉没于清代道光(1821-1850)年间的远洋木质商船,其“中西合璧”的船体构造为社会所关注。脱盐保护处理主要采用10 mmol·L-1 EDTA-2Na为水溶液,NaOH配置成中性后,静水浸泡和去离子水循环相配合,周期性更换脱盐溶液的方式进行。选取浸泡脱盐中的“小白礁Ⅰ号”典型船体构件作为持续监测观察样本,定期采集脱盐浸泡液样品,通过连续为期一年的分析检测,全面监控评估船体构件的脱盐情况。利用分光测色计检测木材样品表面颜色变化;扫描电镜-能谱（SEM-EDS）观察木材样品微观形貌及元素变化;元素分析仪检测木材样品的硫元素含量、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）检测脱盐溶液的铁元素含量,评估以硫铁化合物为主的难溶盐脱除效果;离子色谱分析（IC）检测脱盐溶液中的阴阳离子含量,评估可溶盐的脱除效果。分光测色计测试结果表明,“小白礁Ⅰ号”船体构件整体的色差变化趋势较为稳定,色差变化不明显。扫描电镜-能谱（SEM-EDS）测试结果表明,以球状颗粒形态存在的硫铁化合物明显减少,难溶盐得到了有效的脱除。元素分析仪、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测试结果表明,船体构件中硫含量降低到1 Wt%左右,脱盐溶液内的铁元素含量整体偏低,波动幅度不明显,且呈缓慢的下降趋势,后半段铁元素脱除率明显降低。离子色谱分析（IC）结果表明脱盐溶液中SO2-₄含量很低,变化小。K+,Mg2+和Ca2+已经基本检测不到。Cl-和Na+含量相对较高,是由脱盐试剂中含有这两种离子所致,停止投放试剂改换纯水浸泡可有效降低含量。Cl-和Na+含量虽然有所波动,但在长达一年的时间内总脱盐量变化幅度较小,大量可溶盐已被脱除。     

密闭高温高压溶样ICP-MS测定24个国际地质标样中的Sb和Bi

研究了ICP-MS分析中Bi,Sb,Te和As产生的记忆效应,其记忆效应Bi>Sb>Te>As。在低浓度硝酸介质中(0.01%～1%),贮存样品的聚丙烯瓶和ICP-MS的进样管道会对Bi元素产生严重的吸附作用。0.1%氢氟酸的清洗效果优于6%的硝酸,而6%的硝酸的清洗效果要优于0.1%高氯酸。在给定的仪器操作条件下,Sb和Bi的检出限分别为0.001和0.000 1 ng·mL-1。采用该清洗方法,结合密闭高温高压溶样,测定了24个国际地质标样中的Bi和Sb。大部分标样的测定结果与已有参考值吻合较好。文章还给出了国际标样AGV-2(安山岩)、BHVO-2(玄武岩)和BCR-2(玄武岩)中Bi和Sb的测定值。     

教学中渗透影响“绿水青山”的物理学原理——例谈科学态度与责任素养的培养途径

高中物理新课程标准在核心素养“科学态度与责任”中明确要求,学生应逐渐形成保护环境并推动可持续发展的责任感.通过探索在教学中渗透影响“绿水青山”的物理学原理,引导学生用科学知识来认识人与自然的关系,让学生认识到保护“绿水青山”的重要性和严峻性,培养学生的科学态度与责任素养.     

低能离子对酪氨酸溶液损伤作用的光谱研究初报

利用气体我放电产生低能离子,其在放电间隙的电场加速下撞击水溶液样品。了低能离子作用后酪氨酸溶液的紫外及红外吸收光谱的变化。结果表明,气体放电产生的离子对Ｔｙｒ造成了多种损伤。不仅使化学键断裂,分子解体,而且外来的活性离子会与溶液中的元素形成新的化学基团,妆在受损伤分子碎片上组成新的损伤物质,充分体现了低能离子与物质相互作用的“离子沉积”效应。     

大气压中频氩∕丙酮等离子体发射光谱诊断

目前, 等离子体发射光谱应用于中频丙酮等离子体的研究鲜有报道。自建大气压氩∕丙酮喷射中频交流放电等离子体装置, 采用HR2000光纤光栅光谱仪对放电光谱进行记录, 并对实验中的光谱信号进行分析诊断。研究结果说明, 对大气压环境下, 使用氩气为“载气”, 对可挥发有机溶剂进行等离子发射光谱分析是一种可行的技术; 大气压下丙酮等离子体的活性成分和真空环境下丙酮等离子体产生的活性成分有很大区别, 氧元素对两种气压下等离子体活性成分有很大改变; 这种诊断方法对大气压下挥发性有机试剂的等离子体化学反应原理的研究, 有重要的指导意义。此外, 文中展示了大气压下丙酮沉积膜在两种光源下的形貌图, 结果说明在一定实验条件下得到了连续的沉积膜。     

南海一号出水景德镇窑与龙泉窑青瓷特征的无损分析研究

古代陶瓷产地研究是陶瓷考古的重要内容,也是科技考古工作者研究的重点。目前国内古代陶瓷产地研究主要依赖化学成分分析技术,对陶瓷釉层结构特征的无损分析研究却相对缺乏,难以对古代陶瓷进行全方位的认知。该研究首次将光学相干层析(OCT)与X射线荧光(XRF)光谱分析技术相结合,对南海一号沉船出水的南宋初期景德镇窑和龙泉窑青瓷瓷釉的断层结构特征和化学成分特征进行综合无损分析研究。首先采用扫频OCT成像系统对两个窑址青瓷瓷釉断层结构及装饰工艺特征进行了研究,分析了青瓷瓷釉类型、釉层厚度、釉层内气泡、包裹体、表面裂纹等特征及分布状况,对比了两窑址青瓷瓷釉断层结构特征,确定了可能采用的装饰工艺。其次,利用X射线荧光(XRF)光谱分析获得了两窑址青瓷胎釉的化学成分,对比研究了两个窑址青瓷胎釉化学成分差异,进而探讨了瓷釉断层OCT图像特征与釉层化学成分之间存在的联系。实验结果表明,景德镇青瓷和龙泉青瓷样品在釉层厚度、气泡、裂纹、包裹体等瓷釉断层结构特征上差异明显,在胎釉化学成分方面,两类青瓷在胎釉着色相关元素、釉层碱性氧化物等成分含量上也存在差异。同时,瓷釉断面结构特征差异与釉层化学成分差异存在紧密联系。实验证明,将OCT与XRF相结合是一种有效的辨别瓷器窑口的科学技术方法。     

物理对称美学理念在诗、文“平仄”量化中的应用

运用物理对称美学理念——“均衡比例”,对诗、文“平仄”进行了量化分析．     

大气常压等离子射流清洗溶胶-凝胶SiO_2膜表面油脂污染物

采用大气常压等离子射流技术对溶胶-凝胶SiO2膜表面的油脂污染物进行清洗。利用分光光度计、扫描电子显微镜、红外光谱仪对溶胶-凝胶SiO2膜透过率、表面形貌、化学结构进行表征,并分析清洗前后溶胶-凝胶SiO2膜的激光损伤阈值变化。损伤阈值测试表明,1064nm波长的激光损伤阈值由污染后的16.08J/cm2上升到24.41J/cm2,与污染前24.72J/cm2的损伤阈值相当。同时还获取清洗的最佳时间为10s。清洗前后,溶胶-凝胶SiO2膜保持完好,且未产生新的有机污染物。研究结果表明:大气常压等离子射流技术可对溶胶-凝胶SiO2膜表面的油脂污染物进行有效地清洗,从而提高溶胶-凝胶SiO2膜的透过率和激光损伤阈值,为高功率激光装置的稳定运行提供保障。     

清洗对偏振分光膜损伤阈值的影响

采用微分干涉显微镜、扫描电镜和聚焦离子束观察了偏振分光膜损伤的形貌,从损伤机理出发,研究了清洗对偏振分光膜损伤阈值的影响。结果表明:清洗能有效去除表面杂质,清洗质量越好,基板上的杂质尺寸越小,杂质密度也越小,相应的偏振分光膜S光的损伤阈值越高;清洗能有效去除基板表面的纳米吸收中心,吸收性杂质分布密度越小,吸收峰越低,P光的损伤阈值越高。