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清乾隆时期紫金釉瓷片中发现高纯相、大尺寸ε-Fe2O3晶体
日期:2018-08-23 浏览次数: 字号:[ ]
    中国古代高温瓷器曾经以精美图案、晶莹的质感风靡世界,中国瓷器海运到欧洲价格会翻很多倍,所以才有了络绎不绝的船队冒着风浪、长途跋涉、不远万里往返于中国东南沿海和万里之外的西亚和欧洲港口,因为一次成功的航行就会出现一例一夜暴富的传奇故事。因此,在欧洲成功仿制之前,高温瓷器几乎一直是中国最独特的产品之一。
    但与西方玻璃着色工艺系统的研究现状不同,中国古代高温彩瓷的着色工艺则有很多细节尚未揭示。中国最早的古代高温瓷器是出现于商代的原始瓷,青色的釉色就来自于瓷釉中的铁质成分。因此,中国古代以铁元素作为着色剂的工艺发展也历史悠久,最典型的就是中国古代的青瓷。根据故宫博物院与上海光源最新的研究成果,这类含铁着色工艺在高温瓷釉的发展,在清代乾隆时期(十八世纪)可能达到了非常高的水平。这个结论得益于一种特殊的、高纯度、无杂相的显微晶体——ε-Fe2O3的发现。
    清代酱釉瓷器的釉面润亮,具有金属般的光泽,好像紫金包镶一般,因此又称为“紫金釉”。清雍正十三年(1735年)唐英撰《陶成纪事》有载:“仿紫金釉,有红、黄两种。”瓷釉的独特的质感和色调源自于釉层特殊的微观结构,即矿物原料在烧制过程中经过复杂的物理化学变化形成的物相结构。研究其结构特征,对于揭示其产地来源、原料选择、烧制工艺以及古代材料学的研究具有重要的科学价值。
    上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)是一台中能第三代同步辐射光源, 相对于实验室光源而言,具有波长范围宽、高强度、高亮度、单色可调等一系列优势,对文物的研究具有重要意义。故宫博物院文物医院(文保科技部)在使用传统方法对文物研究的基础上,近年来开始应用ED-XRF、Raman等先进技术对文物进行科学分析研究,获取了很多典型的案例,为传统工艺技术的科学认知、复原研究与保护研究提供必要的科学支撑。在这两者基础上,成立了“故宫博物院-上海光源联合实验室”。
    故宫博物院和上海光源已经进行了多项科学合作,并建立了稳定的合作关系,取得了诸如中国古代玻璃的同步辐射CT研究、颜色釉瓷器的同步辐射XAFS分析研究和东华门天花彩画的同步辐射红外分析等研究成果。
    2017年,上海光源和故宫博物院合作,在故宫出土的清代乾隆时期紫金釉(瓷片)的研究中,利用扫描电镜(SEM)、同步辐射掠入射二维衍射(2D GI-XRD)、透射电镜单晶电子衍射(TEM)、X射线吸收谱(XAFS)以及微束X射线荧光谱(SR m-XRF)等技术,发现紫金釉表面布满了大尺寸、高纯度的亚稳相ε-Fe2O3单晶,粒径尺寸可达几十微米。紫金釉中发现的亚稳相ε-Fe2O3晶体,纯度高,均匀覆盖整个釉层表面,除少数区域外晶粒大小均匀,在釉层深度方向呈现清晰的层状分布特征。该文章发表在著名的美国陶瓷协会学刊上(The morphology and structure of crystals in Qing Dynasty purple-gold glaze excavated from the Forbidden City, Zhen Liu, Cui Jia, Li Li, Xiaolong Li, Luoyuan Ji, LihuaWang, Yong Lei and Xiangjun Wei,J Am Ceram Soc, 2018)。
    在之前,有研究机构曾发现,宋代建窑遗址出土的瓷釉中存在稀有的亚稳相ε-Fe2O3晶体析出。但此次故宫出土的紫金釉中的ε-Fe2O3晶体大小及分布均匀,发育良好,且釉层呈现清晰的多层结构特征。这表明中国古代的高铁瓷釉的铁着色工艺经过长期的不断发展,工艺更加精湛,技术不断完善,在清代鼎盛时期达到了一个发展的顶点。
    而后,在一百多年后,西方才第一次人工合成了这类磁性材料。在现代材料科学中,亚稳相ε-Fe2O3晶体以其优异的电磁响应特性具有重要的应用价值,但如何制备高纯相、大粒径的晶体是现代科学家正在努力攻克的难题。紫金釉中发现的ε-Fe2O3晶体,纯度高,粒径大,个别区域晶粒尺寸甚至有几十微米大小,对现代材料的制备具有重要的借鉴作用。这表明我国古代制瓷工艺在当时居于世界领先水平,同时该研究成果也从材料科学的角度极大提升了中国古代高温制瓷的工艺水平。
    中国古陶瓷研究的新热点,正在向高温瓷釉着色工艺的深入研究转移,这次上海光源和故宫博物院的合作在紫金釉彩瓷领域的重大发现,以及之前国内外其他机构的研究成果,体现了文物科学研究在这个热点领域的显著成果。
    本研究项目得到国家自然科学基金和上海大科学中心高端用户研究课题的支持。(雷  勇)


责任编辑:杨逸尘
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