汤家墩遗址冶炼遗物的科技研究

采用X射线荧光仪、X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等现代检测手段对汤家墩遗址的炉壁、炉渣及炉渣中的金属颗粒进行分析,进而探讨汤家墩古铜冶炼技术。结果表明：汤家墩遗址的炉壁为冶炼炉炉壁,炉渣为还原渣;根据铜颗粒中As,Ag,Sb,Bi等微量元素的含量,可以计算出汤家墩遗址炼渣中的铜颗粒来自于硫化铜矿的概率高达87.87%以上,从而表明汤家墩是采用“硫化铜—铜”的冶铜工艺进行冶炼的早期青铜文化遗址。这一研究结果不仅有利于枞阳地区青铜文化遗产的深入研究,而且对于探究枞庐地区青铜冶铸技术的发展与演变具有非常重要的意义。     

铜陵、南陵地区古铜矿冶遗址炉渣的科技研究

安徽铜陵、南陵地区铜矿资源丰富，古代矿冶遗址数量众多，最早可追溯至二里头文化时期。各遗址遍地分布的炉渣、炉壁等矿冶遗物，为研究中国早期的铜矿冶炼技术提供了大量的实物资料。本工作采用X射线衍射分析（XRD）、X射线荧光分析（XRF）和扫描电镜能谱分析（SEM-EDS）等多种技术手段，对安徽铜陵、南陵地区古铜矿冶遗址的炉渣样品进行检测分析，以了解该地区早期的铜矿冶炼技术。XRD分析结果显示，所检测炉渣样品的物相以铁橄榄石、辉石、钙铁辉石为主，伴有石英、方石英、磁铁矿等矿物，符合炼铜渣的物相特征。根据炉渣的SiO₂，CaO和Fe₂O₃的含量，可将51个炉渣样品分为三大类：Ⅰ类炉渣、Ⅱ类炉渣和Ⅲ类炉渣。其中，Ⅰ类炉渣钙、硅、铁含量较高，其CaO含量远高于Ⅱ类和Ⅲ类炉渣，为铁硅钙系。相较而言，Ⅱ类炉渣为高铁系，其Fe₂O₃含量明显高于Ⅰ类和Ⅲ类炉渣；Ⅲ类炉渣为高硅系，其SiO₂含量较高，钙、铁含量较低。所有炉渣样品的铁含量均高于普通熔炼渣，结合其物相分析结果，可推测全部炉渣为冶炼渣。Ⅰ类、Ⅱ类炉渣的Ca和Fe含量呈现很强的负相关性，且波动范围很大，显示二者的含量并非人工调控，更可能是来自矿石中的天然成分。据此可以推测，本地区的早期工匠可能尚未认识到含钙和含铁助熔剂的作用，没有掌握不同类型铜矿石的配矿技术。SEM-EDS的分析结果表明，炉渣中的金属颗粒夹杂以冰铜、红铜和砷铜为主，表明该地区同时存在红铜和砷铜的冶炼活动。不同品位的冰铜颗粒大多来自不同遗址，尚没有在同一遗址发现较多品位依次升高的冰铜颗粒，因而难以确认冰铜熔炼环节的存在，不能证明上述遗址是否已采用了“硫化铜矿-冰铜-铜”的冶炼技术。所发现的冰铜颗粒，可能是采用硫化铜矿死焙烧工艺或混合矿原料冶炼的结果。铜陵夏家墩遗址炉渣中砷铜颗粒的存在，表明该地区早至西周时期，很可能已掌握了采用共熔还原法冶炼砷铜的技术。相关研究结果，对探讨砷铜技术的起源和传播，以及中国早期冶金技术的发展和生产组织状况均具有重要意义。     

微量元素示踪法在古代青铜器铜矿料来源研究中的应用

青铜模拟熔铸实验表明,利用ICP-AES法测定的青铜中亲铜元素的成分数据,通过聚类分析,可以较好地区分不同产地的铜矿料及其青铜产物。文章将这一方法具体应用于盘龙城商代遗址和鄂州出土青铜器的微量元素数据的分析,以考察其可行性和应用价值。多元统计分析结果显示：青铜模拟熔铸实验所得结论,亦可应用于盘龙城和鄂州青铜器铜矿料的区分,进一步验证了微量元素示踪古代青铜器铜矿料来源的可行性。     

利用PIXE和ICP-AES 对蛇纹石原料及中国古代蛇纹石玉器的微量元素分析

以蛇纹石这一中国传统的玉材为对象,旨在通过微量元素含量分析来探索古代蛇纹石玉器原料的可能来源。采用无损的外束质子激发X射线荧光技术(PIXE)对来自中国几个典型矿区的蛇纹石样品主量元素和微量元素进行了分析。同时也采用有损的电感耦合等离子体原子发射光谱技术(ICP-AES)对这些蛇纹石样品的微量元素含量进行了比较分析。结果表明,两种分析方法所获取的蛇纹石微量元素含量趋势具有一致性,说明PIXE无损分析技术可以应用于蛇纹石的微量元素分析研究。讨论了蛇纹石的微量元素含量与地质成因之间的关系,这些蛇纹石的微量元素含量存在明显的差异,这种差异可以用来区分不同地质成因的蛇纹石。Ⅰ型地质成因的蛇纹石中微量元素中Ni含量较低,且几乎不含Cr和Co,而Ⅱ型地质成因的蛇纹石中则含有较高微量元素的Cr,Co和Ni。采用PIXE技术分析了来自浙江、江苏、河南、安徽和湖北等省出土的新石器时代至战国时期(4585 BC—221 BC)14个遗址或墓葬出土的18件蛇纹石玉器的化学成分,通过与两种地质成因类型蛇纹石的微量元素比较分析,初步推测了这些蛇纹石玉器原料的可能来源。以蛇纹石微量元素含量与地质成因类型之间的关系来探索古代蛇纹石玉器玉料可能的来源是一种有益的尝试。     

利用PIXE和ICP-AES对蛇纹石原料及中国古代蛇纹石玉器的微量元素分析（英文）

以蛇纹石这一中国传统的玉材为对象,旨在通过微量元素含量分析来探索古代蛇纹石玉器原料的可能来源。采用无损的外束质子激发X射线荧光技术(PIXE)对来自中国几个典型矿区的蛇纹石样品主量元素和微量元素进行了分析。同时也采用有损的电感耦合等离子体原子发射光谱技术(ICP-AES)对这些蛇纹石样品的微量元素含量进行了比较分析。结果表明,两种分析方法所获取的蛇纹石微量元素含量趋势具有一致性,说明PIXE无损分析技术可以应用于蛇纹石的微量元素分析研究。讨论了蛇纹石的微量元素含量与地质成因之间的关系,这些蛇纹石的微量元素含量存在明显的差异,这种差异可以用来区分不同地质成因的蛇纹石。Ⅰ型地质成因的蛇纹石中微量元素中Ni含量较低,且几乎不含Cr和Co,而Ⅱ型地质成因的蛇纹石中则含有较高微量元素的Cr,Co和Ni。采用PIXE技术分析了来自浙江、江苏、河南、安徽和湖北等省出土的新石器时代至战国时期(4585BC—221BC)14个遗址或墓葬出土的18件蛇纹石玉器的化学成分,通过与两种地质成因类型蛇纹石的微量元素比较分析,初步推测了这些蛇纹石玉器原料的可能来源。以蛇纹石微量元素含量与地质成因类型之间的关系来探索古代蛇纹石玉器玉料可能的来源是一种有益的尝试。     

浙江三个新石器时代遗址出土玉玦科技分析

玉玦是我国新石器时代广泛出现的一类重要玉器。环太湖流域新石器时代遗址中出土的大量玉玦,具有鲜明时代和地域特征,为探索中国玉文化起源和传播提供了重要实物。为获取环太湖流域新石器时代玉玦的基础材料学信息(如主要矿物组成、硬度等),以及探索玉料随时间演变规律和可能的原料来源,本文以浙江省境内3个代表性新石器时代遗址--田螺山、仙坛庙和江家山遗址出土的玉玦为研究对象,采用X射线衍射(XRD)和质子激发X射线荧光(PIXE)分析技术对其进行了无损分析检测。研究结果表明： 从河姆渡文化至崧泽文化晚期,所分析玉玦的主要组成矿物为萤石、迪开石、石英、白云母、透闪石和蛇纹石等,以萤石、玉髓和迪开石为主,且时代早于透闪石和蛇纹石。结合已有的研究成果,探讨了相关遗址出土玉玦的原料随时间变化特征、原料来源,以及玉玦的材料学特征与加工工艺之间的内在联系。     

拉曼光谱在薛家岗古玉测试分析中的应用

无损分析一直是玉器研究所追求的目标,文章将拉曼光谱技术应用于薛家岗文化遗址出土古玉的研究中,在确定古玉的主体矿物、不同类型斑晶及内含包裹体的组成等方面取得了很好的效果。结果表明：拉曼光谱作为一种无损测试方法,能够快速、准确地探测古玉表层及内部的信息,对古玉的鉴定和探讨其矿料来源的地质特征具有重要的指示意义。     

一批金元时期古玻璃的EDXRF探针无损分析

利用EDXRF探针无损分析技术,分析了河南禹县阳翟遗址出土的一批金元时期的玻璃样品,以研究这批古玻璃的工艺技术特点.分析显示,所有蓝色玻璃样品的呈色剂均为CuO,而非CoO.从化学组成来看,这批古玻璃的种类较为复杂,主要包括钾钙玻璃、钠钙玻璃和铅钾钙玻璃等.     

陕西西岳庙古琉璃胎料来源的INAA研究及多元统计分析

用仪器中子活化分析研究了陕西立地坡明代地层和陕西西岳庙宋、元、明、清早期、清晚期4个地层出土的古琉璃胎中的主量和微量元素, 并对实验数据进行多元统计分析. 结果表明, 陕西西岳庙从宋到清早期古琉璃胎料很稳定, 其原料可能来自本地； 清晚期古琉璃胎料与宋到清早期的古琉璃之间存在明显的区别, 明代3个样品和清晚期的古琉璃制造原料与立地坡出土的古琉璃其成分相近, 西岳庙清晚期的古琉璃可能来自陕西立地坡窑烧制.     

陕西战国秦墓出土玻璃和汉紫六博棋子分析研究

利用超景深显微镜（OM）、激光拉曼光谱仪(Raman)、X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电子显微镜能谱(SEM-EDS)、色度仪等多种手段,对陕西战国秦墓出土的两种质地、颜色不同的六博棋子进行了综合分析检测。鉴定出蓝色样品为铅钡玻璃,紫色样品为中国紫制品,发现了中国紫在战国时期的新用途。并对比陕西出土的铅钡玻璃制品与两湖、四川地区出土的同时代的铅钡玻璃制品在成分组成上的差异,推测战国时期铅钡玻璃的制作工艺已成熟,可根据器物形制的需求进行不同的成分配比。同时,还发现当时的玻璃制作已有旧料重熔制作新器的现象。在确定中国紫成分的基础上,利用色度计进行色度测试,根据光谱数据,首次为人造硅酸铜钡颜料确定了特征光谱峰,使快速、无损的对人造硅酸铜钡颜料的鉴定识别成为可能。     

Techniques employed in making ancient thin-walled bronze vessels unearthed in Hubei Province, China

In this paper, two ancient thin-walled bronze vessels unearthed in Anlu County of Hubei Province, China, were studied systematically by using optical microscopy (OM), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS), electron backscatter diffraction (EBSD) and nanoindentation system, and also we calculated the Sn diffusion in a Cu substrate based upon the substitutional mechanism at high temperature. The results indicated that the vessels were possibly fabricated using the following processes: (1) alloying the high-tin Cu–Sn bronze; (2) casting the preliminary shape of the vessels; (3) forging the vessels in the temperature range of 586–798 ^°C; (4) simply wiping tinning on the surface of the vessel at high temperature; (5) quenching the vessels to room temperature; and (6) at last, grinding and polishing the surface of the vessels. It seems that the present thin-walled bronze vessels provide an evidence of the spread of thin-walled high-tin bronze technology in China and its surrounding regions.     

Nanostructuring of silicon surface by femtosecond laser pulse mediated with enhanced near-field of gold nanoparticles

High-energy synchrotron X-ray diffraction and imaging experiments were performed at the Advanced Photon Source on two ancient Chinese bronzes from the Art Institute of Chicago with the goal to nondestructively study their microstructure. The first object, a bronze fragment from an early Western Zhou dynasty vessel (Hu, 11th/10th century B.C.), was investigated with spatially-resolved diffraction to reveal the depth and composition of the surface corrosion layer as well as the composition and grain size of the underlying bronze core. The second object, a bronze dagger-axe (Ge, 3rd/2nd century B.C.) with a silver-inlaid sheath, was studied under both diffraction and imaging conditions. It was found to have been cast as a single object, answering longstanding scholars’ questions on whether the ceremonial object concealed an interior blade. PACS 81.00; 01.75.+m     

Complementary use of X‐ray methods to study ancient production remains and metals from Northern Portugal

Archaeological artefacts recovered at Castanheiro do Vento (Northern Portugal) were characterised by integrating macro and micro‐energy dispersive X‐ray fluorescence spectrometry (EDXRF) and scanning electron microscopy with X‐ray microanalysis. The collection includes metallurgical remains (ceramic crucibles, a metallic nodule and a vitrified fragment) and metals (tools and ornaments) whose chronology spans from the Chalcolithic to the Roman Age. The study of production remains was able to identify distinct copper‐based metallurgical operations including the smelting of copper ores, the melting of copper and tin and/or the melting of bronze scrap. Micro‐EDXRF identified copper and arsenical copper tools as well as bronze and leaded bronze ornaments. The composition of tools (Cu with varying As contents: 0.46–3.6%) reveals an incipient technology, typical of the Chalcolithic till the Middle Bronze Age. On the contrary, ornaments are composed by different alloys – low tin bronze (4.8% Sn), high tin bronze (14.9% Sn) and high tin‐leaded bronze (16.5% Sn and 2.4% Pb) ? evidencing technological and economic choices that clearly indicate a late period such as the Roman Age. In conclusion, this multiproxy approach was able to study those ancient artefacts with a minimum impact on their archaeological and museological significance while providing important answers to the interpretation of the archaeological settlement and to better understand the metallurgical evolution in the Portuguese territory. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

古代青铜兵器中主要元素的X射线荧光光谱分析

我们用Ｘ射线荧光光谱滤纸片法分析了四个古代青铜兵器中的Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｎ含量，铜的测量结果与化学法一致。此法手续简单、方便，检出限低，灵敏度高，测量结果正确可靠，是分析古代青铜器一种行之有效的方法。