科學(xué)家與古代能工巧匠跨時空“對話”——太赫茲波首次用于青銅文物層析成像分析
機械臂靈活翻轉(zhuǎn)，一束束無形的太赫茲波悄然掠過三星堆青銅器斑駁的表面，將銹層下的秘密一一揭示……近日，在電子科技大學(xué)太赫茲科學(xué)技術(shù)四川省重點實驗室（以下簡稱“實驗室”），上演了一場現(xiàn)代科學(xué)家與古代能工巧匠跨越時空的“對話”，隨著一幅幅包含豐富分子結(jié)構(gòu)信息的“太赫茲指紋譜”出現(xiàn)在電腦屏幕，這件青銅文物表面不同層位的銹蝕產(chǎn)物、表面附著物等物質(zhì)信息被科學(xué)家們獲取。
既要準(zhǔn)確獲取文物的制作年代、元素構(gòu)成等不同信息，又要盡最大努力避免對文物造成損傷，一直是現(xiàn)代科學(xué)與文物保護(hù)研究的“矛”與“盾”。隨著X射線、紅外線等現(xiàn)代常規(guī)無損檢測技術(shù)的突破，人們在“看透”文物的同時，如何原位、無損、整體地獲取它的顏料、涂層等表層信息，正成為科研人員探索的新方向。
實驗室負(fù)責(zé)人胡旻率領(lǐng)的科研團(tuán)隊正與浙江大學(xué)、四川省文物考古研究院、三星堆博物館等機構(gòu)合作，利用自主研發(fā)的國際首套基于真空電子器件的太赫茲近場成像系統(tǒng)，對來自三星堆青銅器文物進(jìn)行層析成像分析，這也是全球首次通過太赫茲波對青銅文物進(jìn)行層析成像分析。
“太赫茲波，簡稱太赫茲，是指頻率在0.1太赫茲到10太赫茲范圍的電磁波，其波長大概在0.03毫米至3毫米之間。”胡旻說。與X射線等具有電離特性的技術(shù)相比，太赫茲的光子能量極低，不會引起有害的電離反應(yīng)，這使得研究人員在不損害文物的前提下，也能深入了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料成分，并且對研究人員也不造成傷害，“它可以穿透絕大多數(shù)非金屬物質(zhì)，通過時域脈沖在物體內(nèi)部的多層次反射，得到物質(zhì)的分層結(jié)構(gòu)信息，從而無需對文物進(jìn)行切片。”
實驗室博士后張曉秋艷介紹，以三星堆青銅器文物的銹層識別為例，研究人員首先通過結(jié)構(gòu)光技術(shù)快速構(gòu)建文物的三維輪廓，繪制“數(shù)字地圖”。隨后，基于該地圖，研究人員通過智能算法規(guī)劃太赫茲波掃描路徑，確保其能夠垂直入射實現(xiàn)對銹層厚度的精確識別。
“在銹層識別中，機械臂會控制檢測探頭將發(fā)射出的太赫茲波穿透銹層，收集其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料特性的‘秘密’。最后將探測數(shù)據(jù)與青銅器的三維輪廓結(jié)合，生成銹層三維成像圖，直觀地展示了銹層的分布、形態(tài)及厚度變化。”張曉秋艷說，結(jié)合“太赫茲指紋譜”，文物保護(hù)人員能夠清晰地區(qū)分出有害銹與無害銹及其分布情況，讓文物修復(fù)工作更加精準(zhǔn)和高效。
太赫茲波掃描是利用飛秒脈沖進(jìn)行飛行時間成像，其最快可在文物出土之后的10分鐘內(nèi)得到文物表面層位信息的初步結(jié)果。同時，它也能實現(xiàn)高分辨率成像，其厚度識別精度達(dá)到10微米、水平精度達(dá)到50納米。“我們實驗室將利用其在太赫茲技術(shù)方面的優(yōu)勢，為三星堆遺址的文物提供無損檢測、病害診斷等科技支持。目前已和三星堆博物館達(dá)成共識，將圍繞三星堆遺址的考古研究、文物保護(hù)及文化傳承等方面展開深度合作。”張曉秋艷說。
“未來，該實驗室還將引入人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，通過與太赫茲技術(shù)結(jié)合提升數(shù)據(jù)處理和分析的效率和準(zhǔn)確性，讓檢測結(jié)果更加詳細(xì)、可靠。”胡旻表示，同時，他們將加強與考古學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的跨學(xué)科合作，推動太赫茲技術(shù)在文物保護(hù)中的創(chuàng)新應(yīng)用。（記者 滕繼濮）
責(zé)任編輯：陳曉芳
