1 北京科技大学科技史与文化遗产研究院, 北京 100083
2 淮安市文物保护和考古研究所, 江苏 淮安 223001
3 北京市延庆区博物馆(北京市延庆区文物管理所), 北京 102100
4 北京国文琰文物保护发展有限公司, 北京 100029
光谱学是利用光与物质的相互作用, 展示物质微观结构, 提供不同化学分析方式, 从而实现对物质的定量和定性分析。 壁画制作工艺分析中运用了大量的光谱分析技术, 该研究以北京延庆花盆关帝庙为例, 通过光谱及其他技术分析壁画的制作材料和工艺。 花盆关帝庙位于北京延庆区花盆村, 始建于清雍正四年(1726年), 是当时祭祀的重要场所, 也是延庆地区关帝庙的典型代表之一。 运用X射线衍射、 拉曼光谱和激光粒度分析仪等一系列光谱技术发现关帝庙壁画的地仗层成分为石英、 方解石和钠长石, 白粉层成分为石膏, 颜料层中红色颜料为铁红、 铅丹和朱砂, 蓝色颜色为蓝铜矿, 黄色颜色为铬黄, 黑色颜色为炭黑, 白色颜料为石膏, 绿色颜色为巴黎绿、 绿土和铬绿。 沥粉贴金工艺的胶结物为熟桐油和松香树脂, 金箔采用含金量86.1%的赤金。 拉曼光谱不仅可以辨析壁画颜料, 还能通过颜料历史研究佐证和丰富壁画修复历史信息。 结合文物光谱分析数据与文献资料, 充分挖掘文物背后的信息, 对研究和保护古代壁画有着重要意义。 通过花盆关帝庙壁画同面墙不同位置的壁画地仗层制作工艺的差异, 说明壁画制作材料和工艺受位置影响。 期待日后研究者通过研究壁画制作材料和工艺差异, 发现符合规制的典型壁画案例, 通过梳理壁画不同位置制作材料与工艺, 总结历代壁画制作规制。
壁画制作工艺和材料 光谱分析 花盆关帝庙壁画 Mural production technology and materials Spectral analysis Mural of Huapen Guandi Temple 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1147
1 陕西省交通建设集团公司平镇高速公路建设管理处，陕西 西安 710075
2 招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067
3 自动驾驶技术交通运输行业研发中心，重庆 400067
提出一种可用于隧道照明的、基于自旋转原理的太阳光反射照明系统。基于采光系统和出射系统光学中心合一原理分析了系统光学特性，设计出了利于整体封装的高采光量反射照明系统。分析表明，该系统在全方位跟踪太阳光过程中，光学中心始终保持不变，通过设定出射光方向即可实现太阳光定向投射，调节不同安装位置系统的出射角可实现隧道入口太阳光照明的全覆盖，证明了该系统用于隧道入口加强照明的可行性。实验测试表明，由该系统采集投射的太阳光，最高利用率可高达60%，照明距离长达120 m，为目前太阳光直接照明领域相同传输距离下光能利用率最高的技术。该技术的研究和应用对提升高光能需求的公路隧道照明低碳节能环保技术水平，促进公路交通“碳达峰、碳中和”和可持续发展均具有积极的作用。
光学设计与制作 太阳光直接照明 反射照明 自旋转 焦点 节能 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0522003
1 北京交通大学电子信息工程学院通信与信息系统北京市重点实验室，北京 100044
2 武汉长盈通光电技术股份有限公司，湖北 武汉 430074
空芯微结构光纤的弯曲损耗是决定其能否真正应用到光纤陀螺中的一个核心指标。设计并成功拉制出一款具有超低弯曲损耗的19芯空芯光子带隙光纤，通过与拉制的具有相近纤芯直径的空芯反谐振光纤进行对比，详细探究了空芯微结构光纤弯曲损耗的产生机理，证明了空芯光子带隙光纤具有更优异的抗弯曲特性。使用对称缠绕法，在0.25 cm的极限弯曲半径下，实验测量得到的空芯光子带隙光纤的弯曲损耗为每圈3.63×10-3 dB @1624 nm，这是目前实验报道的空芯微结构光纤在最小弯曲半径下的最低弯曲损耗。面向光纤陀螺的应用需求，首次实验研究了在不同张力下空芯光子带隙光纤敏感环的插入损耗的变化情况。研究结果显示，随着绕制张力的增加，环体插入损耗显著增加，因此宜在小张力条件下进行空芯光子带隙光纤敏感环的绕制。研究成果对空芯微结构光纤在光纤陀螺领域的实用化进程有着重要的推进作用。
光纤光学 光纤设计与制作 光纤测量 光纤传感 光纤陀螺
1 西北大学文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室, 西北大学文化遗产学院, 陕西 西安 710127
2 西北大学化学与材料科学学院, 陕西 西安 710075
3 元上都文化遗产管理局, 内蒙古 锡林郭勒盟 027200
4 元中都遗址保护区管理处, 河北 张家口 076450
元代的琉璃瓦制作技术承自宋辽, 对明清产生重要影响, 是中国琉璃瓦制作技术发展的过渡时期。 元上都与元中都所使用的琉璃瓦, 代表了元代早期和中期琉璃瓦制作技术的最高水平。 为探索元代不同时期琉璃瓦的制作技术和工艺特点, 结合考古资料与相关文献, 以X射线荧光光谱法(EDXRF)为基础, 结合扫描电镜与能谱仪(SEM-EDS), 对元上都遗址、 元中都遗址出土琉璃瓦样品釉层组成进行了测定。 分析结果显示, 元上都与元中都釉层包括釉与化妆土, 化妆土厚度在122~260 μm之间。 元上都孔雀蓝釉琉璃瓦釉料属于PbO-K2O-SiO2体系, 和元大都孔雀蓝釉组成相似, 原料组成为石英、 硝、 铅末、 铜末; 蓝釉琉璃瓦化妆土结构致密, CaO与SiO2含量大于20%, 原料可能是钙长石与黏土, 应是釉料的一部分。 元上都绿釉与元中都绿釉黄釉琉璃瓦釉同为PbO-SiO2体系, 基本原料组成都为石英, 铅末, 着色剂分别为铜与铁。 元上都绿釉配方与北宋时期的接近, 釉料配方也符合《营造法式》记载, 但逐渐减少铅的比例为获得更浅的釉色, 在元中期逐渐稳定; 元中都黄釉琉璃瓦釉料铅硅比与元大都相近, 配方在元中期探索中逐渐固定, 沿用至明代早期, 是提升明中期釉料的基础; 两处遗址绿釉琉璃瓦与元中都黄釉琉璃瓦化妆土与胎釉结合紧密, Ca含量很高, 厚度较薄, 很可能是石灰浆[Ca(OH)2], 工匠在施加化妆土时既节约成本又能提高产品质量。 三种釉色分别属于PbO-K2O-SiO2与PbO-SiO2两种体系, 组成原料差异明显, 都用于建筑装饰, 极大丰富了琉璃釉色, 化妆土的应用在琉璃技术中也是一项创新。 能量色散X射线荧光光谱具有分析快速、 状态稳定的特点, 已在琉璃瓦测试研究中得到普及, 而元上都元中都琉璃瓦釉层的研究结果, 补充了元代琉璃瓦的研究资料, 并对探索中国琉璃瓦工艺发展历程提供一定科学依据。
琉璃瓦 能量色散X射线荧光 釉层 制作工艺 Glazed tile Energy dispersive X-ray fluorescence Glaze and slip Technology 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3808
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 鞍山师范学院物理科学与技术学院, 辽宁 鞍山 114007
设计了一种金属三角肋和增益介质三角肋完全对称并带有圆柱形空气缝隙的新型混合等离子体波导结构。采用COMSOL Multiphysics软件,分别仿真了波导的二维和三维耦合电场分布模型,并基于有限元法分析了波导的模式特性。研究结果表明:当工作波长为1550 nm时,设计的波导结构具有很强的光场约束能力、超长的传输距离、超低的传输损耗和增益阈值。对波导的结构参数进行了优化,当波导的有效模场面积达到0.0022λ2时,波导的传输距离能够达到69805 nm,传输损耗低至0.0017;基于此波导的激光器也具有很低的增益阈值,为49.3 cm -1。最后研究了实际制备过程中可能出现的制作误差对波导性能的影响,并分析得出此波导结构对制作误差具有较高的容忍度。与同类型带有空气缝隙的波导结构相比,此波导的综合性能更优,在各种集成纳米光子设备中具有很大的应用潜力。
光电子学 等离子体激元 混合表面等离子体波导 有限元法 模式特性 制作误差容忍度
1 中国科学技术大学科技史与科技考古系, 安徽 合肥 230026
2 安徽省文物考古研究所, 安徽 合肥 230601
3 景德镇陶瓷大学古陶瓷研究所, 江西 景德镇 333001
为探索明代初期中国琉璃瓦制作工艺技术水平与工艺特点, 运用能量色散X射线荧光光谱法（energy disperse X-ray fluorescence, EDXRF）, 对安徽凤阳明中都及南京明故宫遗址出土69件琉璃瓦样品胎体化学组成进行了测定, 同时利用热膨胀仪、 吸水率测定仪和偏光显微镜等仪器设备对样品胎体的烧成温度、 吸水率、 显气孔率、 体积密度与显微结构等进行了分析。 分析结果显示, 明中都样品胎体根据元素化学组成差异可分为高钙高铁、 低钙高铁和低钙低铁三种类型, 表明该遗址琉璃瓦样品胎体制作原料可能具有不同来源, 同时, 部分明中都样品的化学组成与南京明故宫样品较为接近, 而上述两处遗址样品与北京故宫样品在化学组成上皆具有显著差异。 烧成温度、 物理性能和显微结构分析结果显示, 明中都琉璃瓦瓷质胎体样品的烧成温度较高, 达到了1 141 ℃, 且吸水率和显气孔率明显较低, 达到了瓷胎的标准, 而陶质胎体琉璃瓦样品的烧成温度约为880~1 100 ℃, 吸水率和显气孔率较大, 且不同样品间差异明显, 这可能是由于明中都琉璃瓦胎体的来源不同, 导致不同样品在烧成温度、 吸水率、 显气孔率等方面差异较大。 与北京、 南京二处的琉璃瓦样品相比, 明中都样品吸水率及显气孔率稍微高于二处, 但三处陶胎琉璃瓦样品胎体的烧成温度基本都在1 100 ℃以下。 明中都三种不同类型样品胎体显微结构差异较小, 矿物颗粒粒径和孔隙大小相近, 其中部分石英晶体具有明显的熔蚀边。 此外, 明中都和明故宫样品的显微结构特点显示两处遗址样品胎体原料加工皆较为精细, 原料淘洗和烧结程度较高, 琉璃瓦物理性能较好。 对明初洪武时期明中都出土琉璃瓦烧制工艺的研究结果, 不仅可为了解我国琉璃瓦工艺发展历程、 还可对探索明初琉璃制作工艺和明中都营建的组织形式等提供科学依据。
明中都 琉璃瓦 化学组成 制作工艺 Mingzhongdu tiled glazes Multi-variate statistical analysis Firing technology Raw materials of origin 光谱学与光谱分析
2019, 39(4): 1280
中北大学 电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
为了更简单地制备出可用于应力测量的光栅褶皱结构, 采用基于刚性薄膜/柔性衬底的自组装工艺制备了可调谐光栅。首先在聚乙烯对苯二酸脂(PET)薄膜上旋涂一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜, 将双层薄膜弯曲并用氧气等离子体处理, 在其表面生成一层刚性氧化层, 借助柔性PET对刚性层施加均匀应力, 当应力超过临界值时, 在PDMS基底上自组装形成光栅褶皱结构。然后根据光栅分光原理, 将这种可调谐的光栅结构应用于应力测试。实验结果表明: 当光栅的曲率半径为1.4 mm时, 制备的可调谐光栅褶皱在0%~10%的应变范围得到的波长变化为452~507 nm; 当光栅的曲率半径为5.6 mm时, 制备的可调谐光栅褶皱在0%~15%的应变范围得到的波长变化为498~572 nm。本文提出的可调谐光栅制备方法是一种成本低、工艺简单、可批量化生产的工艺方法, 也是一种制备变间距光栅的潜在方法, 未来有望应用于光谱仪、光通讯等领域。
光栅制作 聚二甲基硅氧烷 氧气等离子体 衍射 光谱学 grating fabrication PDMS oxygen plasma diffraction spectroscopy
1 金陵科技学院 电子信息工程学院, 南京 211169
2 焦作大学 信息工程学院, 河南 焦作 454000
3 中原工学院 电子信息学院, 郑州 450007
研制了一种六角密排多迭层碳纳米管阴极.在这种结构中, 衬底银电极由烧结的银浆制作在透明锡铟氧化物电极上, 且具有六角形边缘, 相邻衬底银电极交错排列于阴极面板上.用ZnO和SnO2颗粒作为掺杂材料, 在衬底银电极和单一碳纳米管层之间制作了底部混杂层; 单一碳纳米管层中的碳纳米管主要被用于发射阴极电子.给出了六角密排多迭层碳纳米管阴极的制作工艺, 并研究了六角密排多迭层碳纳米管阴极用于电子源的可行性.将氮气作为保护气体, 采用烧结方法除掉制备浆料中的有机粘合剂及其它有机杂质.将六角密排多迭层碳纳米管阴极真空密封进三极场发射显示器中, 能够形成稳定的电子发射电流.测试结果表明, 与普通碳纳米管阴极相比, 六角密排多迭层碳纳米管阴极具有更优的电子发射特性, 其开启电场为1.83 V/μm, 最大电子发射电流为2 718.6 μA; 且其具有良好的电子发射曲线趋势, 当电场强度从2.17 V/μm增强到3.06 V/μm时, 电子发射电流的增幅约为1 410.3 μA.对电子发射电流随时间的波动变化进行了测试, 测试结果显示六角密排多迭层碳纳米管阴极具有可靠且稳定的电子发射电流.绿色发射图像表明六角密排多迭层碳纳米管阴极具有良好的电子发射均匀性及高的电子发射亮度.鉴于其简单的制作结构和制作工艺, 六角密排多迭层碳纳米管阴极具有一定的实际应用性.
碳纳米管阴极 制作工艺 发射电流 发射稳定性 银电极 结构 Carbon nanotube cathode Fabrication process Emission current Emission stability Silver electrode Structure
南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094
根据微通道板(MCP)制作的需要，设计了一套高精度玻璃纤维的制作系统。为了保证玻璃纤维制作系统工作时伺服电机产生的振动在拉丝精度要求范围内，利用UG软件对玻璃纤维制作系统进行了建模，并利用有限元仿真软件对相关结构进行了振动模态有限元仿真分析，保证了该系统设计的可靠性。系统设计完成后，进行了玻璃纤维的拉制实验，验证了该系统的设计达到MCP制作所需要的玻璃纤维精度,并给出了在技术指标下系统的最佳工作温度和拉丝速度分别为751℃和4 m/min。
MCP制作 玻璃纤维 有限元仿真 精度 MCP production glass fiber finite element simulation accuracy
