科學家與古代能工巧匠跨時空“對話”——太赫茲波首次用於青銅文物層析成像分析

  機械臂靈活翻轉，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，在電子科技大學太赫茲科學技術四川省重點實驗室（以下簡稱“實驗室”），上演了一場現代科學家與古代能工巧匠跨越時空的“對話”，隨着一幅幅包含豐富分子結構信息的“太赫茲指紋譜”出現在電腦屏幕，這件青銅文物表面不同層位的銹蝕産物、表面附着物等物質信息被科學家們獲取。

  既要準確獲取文物的製作年代、元素構成等不同信息，又要盡最大努力避免對文物造成損傷，一直是現代科學與文物保護研究的“矛”與“盾”。隨着X射線、紅外線等現代常規無損檢測技術的突破，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。

  實驗室負責人胡旻率領的科研團隊正與浙江大學、四川省文物考古研究院、三星堆博物館等機構合作，利用自主研發的國際首套基於真空電子器件的太赫茲近場成像系統，對來自三星堆青銅器文物進行層析成像分析，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太赫茲範圍的電磁波，其波長大概在0.03毫米至3毫米之間。”胡旻説。與X射線等具有電離特性的技術相比，太赫茲的光子能量極低，不會引起有害的電離反應，這使得研究人員在不損害文物的前提下，也能深入了解其內部結構和材料成分，並且對研究人員也不造成傷害，“它可以穿透絕大多數非金屬物質，通過時域脈衝在物體內部的多層次反射，得到物質的分層結構信息，從而無需對文物進行切片。”

  實驗室博士後張曉秋艷介紹，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構光技術快速構建文物的三維輪廓，繪製“數字地圖”。隨後，基於該地圖，研究人員通過智能算法規劃太赫茲波掃描路徑，確保其能夠垂直入射實現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射出的太赫茲波穿透銹層，收集其內部結構和材料特性的‘秘密’。最後將探測數據與青銅器的三維輪廓結合，生成銹層三維成像圖，直觀地展示了銹層的分佈、形態及厚度變化。”張曉秋艷説，結合“太赫茲指紋譜”，文物保護人員能夠清晰地區分出有害銹與無害銹及其分佈情況，讓文物修復工作更加精準和高效。

  太赫茲波掃描是利用飛秒脈衝進行飛行時間成像，其最快可在文物出土之後的10分鐘內得到文物表面層位信息的初步結果。同時，它也能實現高分辨率成像，其厚度識別精度達到10微米、水平精度達到50納米。“我們實驗室將利用其在太赫茲技術方面的優勢，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成共識，將圍繞三星堆遺址的考古研究、文物保護及文化傳承等方面展開深度合作。”張曉秋艷説。

  “未來，該實驗室還將引入人工智能和機器學習技術，通過與太赫茲技術結合提升數據處理和分析的效率和準確性，讓檢測結果更加詳細、可靠。”胡旻&&，同時，他們將加強與考古學、材料科學等領域的跨學科合作，推動太赫茲技術在文物保護中的創新應用。（記者 滕繼濮）