金属薄膜试片在博物馆藏展材料评估中的研究与应用

论文摘要

随着我国经济的高速发展,大气污染日益严重。处在大环境污染中的博物馆,其室内空气质量不容乐观。空气质量的恶化不仅使文物受损日益严重,而且也使人们对博物馆藏品在陈列过程中的保护问题越来越关注。由于受到治理技术、监测技术、经济条件等方面的制约,博物馆室内污染气体如NOx、SO2、O3等以及总悬浮颗粒物（TSP）的污染仍较为严重。另外,随着现代化工业的发展,可供博物馆选择制作陈列装饰橱柜的材料如木材、塑料、纺织品、涂料、粘合剂、高分子材料、复合材料等种类越来越多,这些陈列装饰用材料可缓慢降解释放出各种挥发性成分。而在封闭的陈列柜或储藏室中,这些化合物的浓度会不断增加并将会加速文物如各种金属文物的腐蚀。为了从源头上控制这种风险,用于博物馆内藏展材料的筛选评估是十分必要的。Oddy测试法是一种金属加速腐蚀实验,广泛应用于博物馆藏展材料的适用性评估。然而,其试验周期较长、依靠主观判断甄别结果。本论文将金属纳米真空镀膜技术、计算机数字图像采集及处理技术和现代表征技术相结合,最终建立起一种快速、准确、客观的博物馆藏展材料筛选评估方法及标准。本研究主要结论如下：（1）现代真空蒸镀镀膜技术制备标准化Ag、Cu薄膜材料试片,试片表面金属离子大小在20-30 nm之间,薄膜厚度约为200 nm。利用Ag、Cu薄膜试片表面活性较高、腐蚀现象明显等特性,替代传统块状金属Ag、Cu试片,改进Oddy测试法,将污染物对文物的综合影响评价时间大为缩短,从过去的28 d缩短至14d。（2）研制开发针对金属薄膜试片图像的腐蚀程度判断的分析软件和腐蚀试片计算机分级评判系统,利用K均值聚类的图像分割算法和传统Oddy测试法结果制定出藏展材料的分级标准,实现腐蚀结果数据化,以达到对藏展材料的快速、客观的评估,从而实现简化操作、缩短测试时间和提高准确度的目的。完成了对常用藏展材料复合板、天然木材、织物、包装材料、塑料、胶、油漆七大类16小类,共计100多种材料的检测和筛选。上述所提到的材料已通过金属薄膜测试方法的评估,并且与平行测试结果的吻合度高达90%以上,所得到的结果与传统Oddy测试结果吻合度达到70%以上（3）利用扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱仪一怀特池（FTIR-WhiteCell）、X射线光电子能谱（XPS）、固相微萃取（SPME）和气质联用仪（GC/MS）等仪器,用于表征Cu、Ag薄膜试片和藏展材料在挥发和降解过程中所释放的污染物成分,佐证其藏展材料中挥发和降解的物质对Ag、Cu和Pb金属文物的腐蚀机理,从污染物腐蚀Ag、Cu薄膜试片的机理上进行了深入探讨。综合其上三个改进点,在Oddy测试法的基础上,本文提出了一套完整的用于博物馆内藏展材料筛选评估的金属薄膜测试法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外现状研究
• 1.2.1 博物馆藏展材料评估筛选法
• 1.2.2 纳米薄膜制片技术
• 1.2.3 数字图像采集及处理技术
• 1.3 本文的研究目的、研究内容和创新点
• 1.3.1 本文的研究目的和研究内容
• 1.3.2 本文的创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 薄膜试片的制备和保存
• 2.1.1 真空蒸镀法制备薄膜试片
• 2.1.2 薄膜试片表征
• 2.2 真空密封包装
• 2.3 成套测试容器的设计
• 2.3.1 容器与夹具设计
• 2.3.2 气密性与湿度保持
• 2.4 不同类型材料的预处理
• 2.5 测试条件及周期的确定
• 2.6 金属薄膜试片测试法
• 第三章 薄膜试片的制备与表征
• 3.1 薄膜试片的纳米金属粒子厚度与表面形貌
• 3.2 金属薄膜试片测试周期的确定及讨论
• 3.3 金属薄膜试片保存期的确定
• 3.4 表面成分变化
• 3.5 小结
• 第四章 腐蚀图像的数码采集
• 4.1 图像采集系统
• 4.2 系统软件的设计
• 4.3 系统软件的实现
• 4.4 数字图像分割
• 4.5 数字图像识别
• 4.6 稳定性分析
• 4.7 腐蚀程度的分级
• 4.8 小结
• 第五章 博物馆藏展材料筛选结果及其与传统ODDY法比对
• 5.1 博物馆藏展材料的筛选
• 5.2 与Oddy法的评估分级标准比对
• 5.3 与Oddy法的结果比对
• 第六章 金属薄膜腐蚀研究
• 6.1 FTIR-White Cell原位跟踪
• 6.2 GC-MS对挥发性物质的检测
• 6.2.1 GC-MS检测冷凝水中的挥发性物质
• 6.2.2 固相微萃取（SPME）与GC-MS联用检测挥发性物质
• 6.3 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 本人在读期间发表的学术论文与研究成果
• 附件 研制技术标准备案一览表、技术标准备案文件及具体内容
• （一） 《腐蚀试片图像采集装置》
• （二） 《博物馆藏展材料评估筛选用金属薄膜试片的制备》
• （三） 《博物馆藏展材料银片加速腐蚀试验法》
• （四） 《博物馆藏展材料铜片加速腐蚀试验法》
• 致谢