文物壁画在自然环境下产生褪色现象具有复杂性, 严格意义上讲, 人们无法重现自然环境下这种褪色发生的条件, 但这并不妨碍人们研究其褪色原因的可能性和途径。 通过实验来验证所提出机制的合理性, 这也符合自然科学普遍采用的研究方法。 提出颜料层微观形貌变化是引起壁画褪色的一种重要原因。 胶料作为颜料层的连续相, 当胶料分解时, 颜料层微观形貌必然产生变化, 为证明这种变化会引起颜料层褪色, 而非颜料变化所致。 建立了以具有较高热稳定性的赭石为颜料, 以明胶作为粘接剂制成模拟的壁画颜料层。 然后通过加热处理使胶料发生氧化分解, 从而造成颜料层微观形貌发生变化, 但赭石颜料依然稳定, 期望证明在颜料赭石不发生变化时, 由于颜料层微观形貌变化也可引起颜料褪色。 实验通过煅烧壁画颜料层模拟样获得胶料降解的壁画模型, 分别以SEM及多角度反射率光谱等技术, 考察模拟样胶料降解前后表面微观形貌和光学性质变化。 结果表明: 壁画模拟样煅烧后, 颜料层表面产生空隙结构, 样品表面多角度反射率光谱表明煅烧后样品颜料层对可见光的反射增加而吸收降低, 并观察到模拟样颜色淡化。 以无色, 难挥发, 且不与颜料层发生化学反应的离子液体涂覆褪色样品表面, 以上述技术表征涂覆处理前后颜料层表面微观形貌和表面光学性质变化, 结果表明: 离子液体填充了褪色样品表面颗粒间空隙, 检测到样品表面对可见光的反射降低而吸收增加, 观察到褪色样品的颜色加深。 以上实验结果证明了推测合理性, 即微观形貌变化确实会引起颜色变化。 依据此原理以唐代墓室褪色壁画为例, 进行了显现修复应用研究, 其颜色显现效果显著。

矿物颜料是古代壁画显色的物质基础, 其可见光谱反映自身物质和物理属性。 不同颜料对可见光吸收特性的差异导致光谱曲线形状不同, 同一种颜料因粒径等级差异引起光谱曲线幅值的规律性变化。 依据矿物颜料上述特性, 提出一种基于可见光谱的古代壁画颜料无损鉴别方法, 通过光谱归一化方法实现不同粒径等级的同一颜料光谱曲线叠合, 去除颜料粒径等级对光谱曲线幅值变化的影响, 然后提取表征光谱曲线在各波段增减性和凹凸性的一阶与二阶导数特征, 与光谱曲线组合得到颜料物质属性鉴别的光谱组合特征空间, 以光谱角和欧式距离为基础构建评价指标, 计算待鉴别颜料与数据库参考样本在光谱特征空间中的匹配误差(ME), 实现颜料物质属性的鉴别。 通过构建矿物颜料平均粒径大小和光谱反射率均值之间关系函数, 实现颜料平均粒径大小的鉴别。 基于构建的古代壁画常用颜料光谱数据库, 以莫高窟壁画为对象, 通过非接触式原位无损测量方法测量获得壁画颜料的可见光谱数据, 对本文方法进行了验证, 并以石绿和青金石颜料的鉴别结果为例, 对古代壁画颜料使用技法、 不同朝代颜料使用的差异性及原因进行了探讨。 该方法将为更加全面深入研究和保护古代壁画提供有效的理论与方法支撑。