一種針對露天石質(zhì)文物風(fēng)化的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及露天石質(zhì)文物保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及利用物理復(fù)合結(jié)構(gòu)對文物進(jìn)行非直接接觸的防治自然風(fēng)化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]露天石質(zhì)文物大多是體積大、不易移動、分布在野外環(huán)境，無法像室內(nèi)或館藏文物一樣通過人為調(diào)控環(huán)境來達(dá)到保護(hù)的目的，其保護(hù)材料的選擇和保護(hù)技術(shù)的研究一直是國際文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的關(guān)注熱點。而風(fēng)化是露天石質(zhì)文物中最重要的一種病害，引起風(fēng)化的主要原因是溫差作用和水的侵蝕。其中，露天石質(zhì)文物的溫差主要是由太陽光中的紅外光線所產(chǎn)生的熱效應(yīng)引起，而95%的紅外輻射能量集中在近紅外區(qū)的720-2500nm之間，自然降水則造成石質(zhì)文物漏水、滲水和積水，進(jìn)而引發(fā)一系列的物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化等。所以，要從根本上治理露天石質(zhì)文物的風(fēng)化，就需要阻止降水的侵入，并盡最大可能讓文物處于一個恒溫的環(huán)境。
[0003]目前，對于露天石質(zhì)文物保護(hù)材料的研究大多是對現(xiàn)有材料進(jìn)行實驗和使用，很少有根據(jù)需求對保護(hù)材料進(jìn)行設(shè)計。常用的物理防風(fēng)化方法有加雨棚和排水滲水工程等，化學(xué)防風(fēng)化的方式主要有三種:涂覆方法，噴涂方法和浸泡方法。所用材料主要有無機(jī)防風(fēng)化材料、有機(jī)防風(fēng)化材料、復(fù)合防風(fēng)化材料、仿生材料和納米復(fù)合材料。盡管這些材料在一定程度上能起到加固、防水、防酸、防污、防溶蝕、防微生物和防風(fēng)化等作用，以減緩石質(zhì)文物的損毀進(jìn)程，然而，這些材料在實際防護(hù)應(yīng)用中，總存在一些無法避免的缺點。如硅酸鹽等無機(jī)材料的疏水性差，彈性小，粘接力脆弱；丙烯酸樹脂等有機(jī)材料的壽命短，滲透性差，失效后還使得文物表面顏色變暗；納米材料和仿生材料雖然效果好，但制備難度大，不適合云岡石窟這樣大面積的使用，故推廣性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型目的是，在“不改變文物原狀”、“過程可逆”、“與環(huán)境統(tǒng)一”，“預(yù)防優(yōu)于彌補(bǔ)”等實施文物保護(hù)原則的前提下，設(shè)計一種與石質(zhì)文物非直接接觸式的防護(hù)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可與文保界認(rèn)可的保護(hù)性窟檐有機(jī)結(jié)合為一體，在實現(xiàn)隔絕雨、雪、擋風(fēng)功能且不影響參觀效果的同時，減小文物日夜溫差，進(jìn)而起到防治風(fēng)化的功效。
[0005]本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種針對露天石質(zhì)文物風(fēng)化的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括Si02拋光氧化硅片襯底，以及該襯底上間隔設(shè)有的多層圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層所述的圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層之間設(shè)有3102介質(zhì)層。
[0007]以上所述的圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層上分別設(shè)有周期性排列的金屬圓環(huán)和金屬正方形環(huán)。
[0008]以上所述的圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層各為兩層，接觸襯底的最內(nèi)一層為圓環(huán)狀金屬層，最外一層為正方形環(huán)狀金屬層。
[0009]為解決上述防護(hù)石質(zhì)文物風(fēng)化的技術(shù)問題，將可起到減小石質(zhì)文物溫差的防風(fēng)化結(jié)構(gòu)與能阻擋雨、雪、風(fēng)等侵蝕文物的保護(hù)性窟檐有機(jī)結(jié)合。
[0010]第一、選擇厚度為200nm的3102拋光氧化硅片作為襯底(S1 2_CD);
[0011]第二、制備周期性圓環(huán)狀狀金屬層(ΑΙ-c):
[0012]①在襯底上利用勻膠機(jī)旋凃電子束曝光膠(PMMA)后，熱板烘烤；
[0013]②利用電子束曝光機(jī)(EBL)寫入.gds格式的周期圓環(huán)狀樣品圖形，并顯影和定影；
[0014]③利用電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)蒸發(fā)厚度為5nm的金屬鋁；
[0015]④利用丙酮或者去膠液浸泡樣品后剝離；
[0016]第三、介質(zhì)層Si02的生長(Si02-JZ):
[0017]利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PEV⑶)，沉積厚度為50nm的Si02介質(zhì)層；
[0018]第四、制備周期性正方形環(huán)狀金屬層(A1-S)
[0019]①在襯底上利用勻膠機(jī)旋凃電子束曝光膠(PMMA)后，熱板烘烤；
[0020]②利用電子束曝光機(jī)(EBL)寫入.gds格式的周期圓正方形環(huán)狀樣品圖形，為了與第一層對齊，做十字標(biāo)記后顯影和定影；
[0021 ] ③利用電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)蒸發(fā)厚度為5nm的金屬鋁；
[0022]④利用丙酮或者去膠液浸泡樣品后剝離；
[0023]第五、介質(zhì)層Si02的生長(Si02-JZ):
[0024]重復(fù)第三步；
[0025]第六、制備周期性環(huán)形環(huán)狀金屬層(A1-C):
[0026]重復(fù)第二步；
[0027]第七、介質(zhì)層二氧化硅的生長(Si02_JZ):
[0028]重復(fù)第三步；
[0029]第八、制備周期性正方形環(huán)狀金屬層(A1-S):
[0030]重復(fù)第四步；
[0031]第九、根據(jù)保護(hù)性窟檐的空檔尺度大小，具體決定電磁超介質(zhì)結(jié)構(gòu)的周期數(shù)，拼接后嵌入保護(hù)性窟檐空檔中，并安裝于石質(zhì)文物外圍。
[0032]本實用新型的優(yōu)點和有益效果是:
[0033]1、可維持石質(zhì)文物內(nèi)部溫度及濕度的相對穩(wěn)定；2、有效防止雨雪對石質(zhì)文物外壁的直接沖刷；3、可減輕因大氣污染物的侵入而導(dǎo)致的化學(xué)破壞；4、使用此非直接接觸的防護(hù)結(jié)構(gòu)時，不會對石質(zhì)文物造成保護(hù)式的損壞；5、防護(hù)的可逆性，即當(dāng)將來出現(xiàn)性能更好的防護(hù)材料時，拆除防護(hù)結(jié)構(gòu)后不會對石質(zhì)文物造成任何的傷害。
【附圖說明】
[0034]圖1為本實用新型的石質(zhì)文物防風(fēng)化結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2為本實用新型圖1的分層示意圖。
[0036]圖3為本實用新型圖2中正方形環(huán)狀金屬層示意圖。
[0037]圖4為本實用新型圖2中的圓環(huán)狀金屬層示意圖。
[0038]圖中:1.氧化娃片襯底；2.圓環(huán)狀金屬層；3.介質(zhì)層；4.正方形環(huán)狀金屬層；5.金屬正方形環(huán)；6.金屬圓環(huán)。
[0039]下面結(jié)合附圖對露天石質(zhì)文物風(fēng)化的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
【具體實施方式】
[0040]參見圖1和圖2，本實用新型的石質(zhì)文物防風(fēng)化結(jié)構(gòu)包括周期性正方形環(huán)狀層4、周期性圓環(huán)形層2和介質(zhì)層3和氧化硅片襯底1。該防護(hù)結(jié)構(gòu)的具體制備及工作過程如下:
[0041]1.制備過程
[0042](1)仿真模擬:依據(jù)與特異材料結(jié)構(gòu)相關(guān)的電磁超介質(zhì)、表面等離子體等理論，預(yù)設(shè)在近紅外波段具有低透射率，可見光波段具有高透射率的金屬結(jié)構(gòu)，利用C0MS0L電磁仿真軟件，模擬計算其紅外透射譜，并分析透射率與結(jié)構(gòu)的單元形狀、尺度、周期等參數(shù)的關(guān)系，進(jìn)而優(yōu)化參數(shù)得出最適合實際需要的風(fēng)化防護(hù)結(jié)構(gòu)的各項參數(shù)值。
[0043](2)防護(hù)結(jié)構(gòu)的加工:
[0044]第一、選擇厚度為200nm的3102拋光氧化硅片作為襯底(S1 2_CD);
[0045]第二、制備周期性圓環(huán)狀金屬層2 (Al-C)，其結(jié)構(gòu)參見附圖4:
[0046]①在襯底上利用勻膠機(jī)旋凃電子束曝光膠(PMMA)后，熱板烘烤；
[0047]②利用電子束曝光機(jī)(EBL)寫入.gds格式的周期圓環(huán)狀樣品圖形，并顯影和定影；
[0048]③利用電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)蒸發(fā)厚度為5nm的金屬鋁；
[0049]④利用丙酮或者去膠液浸泡樣品后剝離；
[0050]第三、介質(zhì)層Si02的生長(Si02-JZ):
[0051 ] 利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PEV⑶)，沉積厚度為50nm的Si02介質(zhì)層3 ;
[0052]第四、制備周期性正方形環(huán)狀金屬層4(A1_S)，其結(jié)構(gòu)參見附圖3:
[0053]①在襯底上利用勻膠機(jī)旋凃電子束曝光膠(PMMA)后，熱板烘烤；
[0054]②利用電子束曝光機(jī)(EBL)寫入.gds格式的周期圓正方形環(huán)狀樣品圖形，為了與第一層對齊，做十字標(biāo)記后顯影和定影；
[0055]③利用電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)蒸發(fā)厚度為5nm的金屬招；
[0056]④利用丙酮或者去膠液浸泡樣品后剝離；
[0057]第五、介質(zhì)層S1；^生長(S1 2_JZ):
[0058]重復(fù)第二步；
[0059]第六、制備周期性環(huán)形環(huán)狀金屬層(A1-C):
[0060]重復(fù)第二步；
[0061]第七、介質(zhì)層二氧化硅的生長(Si02-JZ):
[0062]重復(fù)第三步；
[0063]第八、制備周期性正方形環(huán)狀金屬層(A1-S):
[0064]重復(fù)第四步；
[0065](3)防護(hù)結(jié)構(gòu)與窟檐的結(jié)合
[0066]根據(jù)保護(hù)性窟檐的空檔尺度大小，具體決定電磁超介質(zhì)結(jié)構(gòu)的周期數(shù)，拼接后嵌入保護(hù)性窟檐空檔中，并安裝于石質(zhì)文物外圍。
【主權(quán)項】
1.一種針對露天石質(zhì)文物風(fēng)化的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括S1 2拋光氧化硅片襯底，以及該襯底上間隔設(shè)有的多層圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層，所述的圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層之間設(shè)有3102介質(zhì)層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層上分別設(shè)有周期性排列的金屬圓環(huán)和金屬正方形環(huán)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層各為兩層，接觸襯底的最內(nèi)一層為圓環(huán)狀金屬層，最外一層為正方形環(huán)狀金屬層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的S12拋光氧化硅片襯底的厚度為200nm，所述的圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層的厚度分別為5nm，所述的Si02介質(zhì)層的厚度為50nm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的金屬圓環(huán)外半徑為37.5nm，內(nèi)半徑為24nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的金屬正方形環(huán)外邊長為80nm，內(nèi)邊長為50nm。
【專利摘要】本實用新型公開一種針對露天石質(zhì)文物風(fēng)化的復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括SiO2拋光氧化硅片襯底，以及該襯底上間隔設(shè)有的多層圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層，所述的圓環(huán)狀金屬層和正方形環(huán)狀金屬層之間設(shè)有SiO2介質(zhì)層。本實用新型的露天石質(zhì)文物防治風(fēng)化結(jié)構(gòu)，通過控制近紅外光線及可見光的透過率來實現(xiàn)減小文物日夜溫差的功能，同時不會降低石質(zhì)文物的日間可見度，相較傳統(tǒng)的麻紙、紗布或白布等材料，此防護(hù)結(jié)構(gòu)具有抗腐蝕性強(qiáng)、防護(hù)可逆、使用壽命長等特點。
【IPC分類】E04B1/64, B32B3/12, B32B9/04
【公開號】CN204959997
【申請?zhí)枴緾N201520716717
【發(fā)明人】孟田華, 鄧富勝, 韓丙辰, 董麗娟, 楊成全, 盧玉和, 石云龍, 任建光
【申請人】山西大同大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月16日