随着社会对木质文物重视程度的提高和现代考古技术的进步, 饱水木质文物得到不断发掘和保护。 饱水木质文物木材的细胞形态和化学结构普遍发生非均匀降解或变化, 成为了不同于健康木材的“新材料”。 PEG法和糖法作为国际通用的脱水加固方法可避免饱水木质文物干燥过程中收缩变形。 本研究选用“小白礁Ⅰ号”沉船主要用材树种柚木(Tectona sp.)为试验对象, 分别使用PEG、 三氯蔗糖和海藻糖加固, 并在开发的适用于脆弱木质文物的非包埋式纳米压痕样品制备方法的基础上, 通过纳米压痕力学技术(NI)评估了三种饱水木质文物常用加固处理方法对考古木材微力学性能的影响; 同时, 结合红外光谱法(FTIR)和热重分析(TGA)方法, 进一步揭示了加固剂种类影响考古木材微力学性能的原因。 研究结果表明: 使用非包埋法制备的纳米压痕样品, 可准确获取加固处理后考古木材细胞壁的纵向弹性模量和硬度; PEG法、 三氯蔗糖法和海藻糖法均可显著提高考古木材木纤维细胞壁的纵向弹性模量和硬度, 三种方法加固处理后的木材的弹性模量比未处理样品分别增加了6.9%, 25.4%和29.1%, 硬度比未处理样品分别增加了9.3%, 25.9%和13.6%。 红外光谱试验结果表明PEG、 三氯蔗糖和海藻糖均进入了考古木材细胞腔等内部组织结构, 热重分析结果证实部分加固剂进入了木材细胞壁, 是细胞壁强度提高的主要原因。 总之, 三氯蔗糖和海藻糖较适用于饱水考古木材的脱水加固, 加固效果优于PEG, 其中三氯蔗糖的加固效果最佳。 研究结果为饱水木质文物加固性能的准确评估提供了方法参考, 为沉船等饱水木质文物的加固与保护提供了科学依据。

“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。