一種針對露天石質文物風化的復合防護結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及露天石質文物保護領域，具體涉及利用物理復合結構對文物進行非直接接觸的防治自然風化的方法。
【背景技術】
[0002]露天石質文物大多是體積大、不易移動、分布在野外環境，無法像室內或館藏文物一樣通過人為調控環境來達到保護的目的，其保護材料的選擇和保護技術的研究一直是國際文化遺產保護領域的關注熱點。而風化是露天石質文物中最重要的一種病害，引起風化的主要原因是溫差作用和水的侵蝕。其中，露天石質文物的溫差主要是由太陽光中的紅外光線所產生的熱效應引起，而95%的紅外輻射能量集中在近紅外區的720-2500nm之間，自然降水則造成石質文物漏水、滲水和積水，進而引發一系列的物理風化、化學風化和生物風化等。所以，要從根本上治理露天石質文物的風化，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境。
[0003]目前，對于露天石質文物保護材料的研究大多是對現有材料進行實驗和使用，很少有根據需求對保護材料進行設計。常用的物理防風化方法有加雨棚和排水滲水工程等，化學防風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防風化材料、有機防風化材料、復合防風化材料、仿生材料和納米復合材料。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、防微生物和防風化等作用，以減緩石質文物的損毀進程，然而，這些材料在實際防護應用中，總存在一些無法避免的缺點。如硅酸鹽等無機材料的疏水性差，彈性小，粘接力脆弱；丙烯酸樹脂等有機材料的壽命短，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。
【發明內容】
[0004]本實用新型目的是，在“不改變文物原狀”、“過程可逆”、“與環境統一”，“預防優于彌補”等實施文物保護原則的前提下，設計一種與石質文物非直接接觸式的防護結構，此結構可與文保界認可的保護性窟檐有機結合為一體，在實現隔絕雨、雪、擋風功能且不影響參觀效果的同時，減小文物日夜溫差，進而起到防治風化的功效。
[0005]本實用新型采用的技術方案是:
[0006]—種針對露天石質文物風化的復合防護結構，包括Si02拋光氧化硅片襯底，以及該襯底上間隔設有的多層圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層所述的圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層之間設有3102介質層。
[0007]以上所述的圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層上分別設有周期性排列的金屬圓環和金屬正方形環。
[0008]以上所述的圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層各為兩層，接觸襯底的最內一層為圓環狀金屬層，最外一層為正方形環狀金屬層。
[0009]為解決上述防護石質文物風化的技術問題，將可起到減小石質文物溫差的防風化結構與能阻擋雨、雪、風等侵蝕文物的保護性窟檐有機結合。
[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、制備周期性圓環狀狀金屬層(ΑΙ-c):
[0012]①在襯底上利用勻膠機旋凃電子束曝光膠(PMMA)后，熱板烘烤；
[0013]②利用電子束曝光機(EBL)寫入.gds格式的周期圓環狀樣品圖形，并顯影和定影；
[0014]③利用電子束蒸發鍍膜機蒸發厚度為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、介質層Si02的生長(Si02-JZ):
[0017]利用等離子體增強化學氣相沉積法(PEV⑶)，沉積厚度為50nm的Si02介質層；
[0018]第四、制備周期性正方形環狀金屬層(A1-S)
[0019]①在襯底上利用勻膠機旋凃電子束曝光膠(PMMA)后，熱板烘烤；
[0020]②利用電子束曝光機(EBL)寫入.gds格式的周期圓正方形環狀樣品圖形，為了與第一層對齊，做十字標記后顯影和定影；
[0021 ] ③利用電子束蒸發鍍膜機蒸發厚度為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、介質層Si02的生長(Si02-JZ):
[0024]重復第三步；
[0025]第六、制備周期性環形環狀金屬層(A1-C):
[0026]重復第二步；
[0027]第七、介質層二氧化硅的生長(Si02_JZ):
[0028]重復第三步；
[0029]第八、制備周期性正方形環狀金屬層(A1-S):
[0030]重復第四步；
[0031]第九、根據保護性窟檐的空檔尺度大小，具體決定電磁超介質結構的周期數，拼接后嵌入保護性窟檐空檔中，并安裝于石質文物外圍。
[0032]本實用新型的優點和有益效果是:
[0033]1、可維持石質文物內部溫度及濕度的相對穩定；2、有效防止雨雪對石質文物外壁的直接沖刷；3、可減輕因大氣污染物的侵入而導致的化學破壞；4、使用此非直接接觸的防護結構時，不會對石質文物造成保護式的損壞；5、防護的可逆性，即當將來出現性能更好的防護材料時，拆除防護結構后不會對石質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文物防風化結構示意圖。
[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中正方形環狀金屬層示意圖。
[0037]圖4為本實用新型圖2中的圓環狀金屬層示意圖。
[0038]圖中:1.氧化娃片襯底；2.圓環狀金屬層；3.介質層；4.正方形環狀金屬層；5.金屬正方形環；6.金屬圓環。
[0039]下面結合附圖對露天石質文物風化的復合防護結構進行詳細說明。
【具體實施方式】
[0040]參見圖1和圖2，本實用新型的石質文物防風化結構包括周期性正方形環狀層4、周期性圓環形層2和介質層3和氧化硅片襯底1。該防護結構的具體制備及工作過程如下:
[0041]1.制備過程
[0042](1)仿真模擬:依據與特異材料結構相關的電磁超介質、表面等離子體等理論，預設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構，利用C0MS0L電磁仿真軟件，模擬計算其紅外透射譜，并分析透射率與結構的單元形狀、尺度、周期等參數的關系，進而優化參數得出最適合實際需要的風化防護結構的各項參數值。
[0043](2)防護結構的加工:
[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、制備周期性圓環狀金屬層2 (Al-C)，其結構參見附圖4:
[0046]①在襯底上利用勻膠機旋凃電子束曝光膠(PMMA)后，熱板烘烤；
[0047]②利用電子束曝光機(EBL)寫入.gds格式的周期圓環狀樣品圖形，并顯影和定影；
[0048]③利用電子束蒸發鍍膜機蒸發厚度為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、介質層Si02的生長(Si02-JZ):
[0051 ] 利用等離子體增強化學氣相沉積法(PEV⑶)，沉積厚度為50nm的Si02介質層3 ;
[0052]第四、制備周期性正方形環狀金屬層4(A1_S)，其結構參見附圖3:
[0053]①在襯底上利用勻膠機旋凃電子束曝光膠(PMMA)后，熱板烘烤；
[0054]②利用電子束曝光機(EBL)寫入.gds格式的周期圓正方形環狀樣品圖形，為了與第一層對齊，做十字標記后顯影和定影；
[0055]③利用電子束蒸發鍍膜機蒸發厚度為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、介質層S1；^生長(S1 2_JZ):
[0058]重復第二步；
[0059]第六、制備周期性環形環狀金屬層(A1-C):
[0060]重復第二步；
[0061]第七、介質層二氧化硅的生長(Si02-JZ):
[0062]重復第三步；
[0063]第八、制備周期性正方形環狀金屬層(A1-S):
[0064]重復第四步；
[0065](3)防護結構與窟檐的結合
[0066]根據保護性窟檐的空檔尺度大小，具體決定電磁超介質結構的周期數，拼接后嵌入保護性窟檐空檔中，并安裝于石質文物外圍。
【主權項】
1.一種針對露天石質文物風化的復合防護結構，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有的多層圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層，所述的圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層之間設有3102介質層。2.根據權利要求1所述的復合防護結構，其特征在于:所述的圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層上分別設有周期性排列的金屬圓環和金屬正方形環。3.根據權利要求1所述的復合防護結構，其特征在于:所述的圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層各為兩層，接觸襯底的最內一層為圓環狀金屬層，最外一層為正方形環狀金屬層。4.根據權利要求1所述的復合防護結構，其特征在于:所述的S12拋光氧化硅片襯底的厚度為200nm，所述的圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層的厚度分別為5nm，所述的Si02介質層的厚度為50nm。5.根據權利要求1所述的復合防護結構，其特征在于:所述的金屬圓環外半徑為37.5nm，內半徑為24nm。6.根據權利要求1所述的復合防護結構，其特征在于:所述的金屬正方形環外邊長為80nm，內邊長為50nm。
【專利摘要】本實用新型公開一種針對露天石質文物風化的復合防護結構，包括SiO2拋光氧化硅片襯底，以及該襯底上間隔設有的多層圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層，所述的圓環狀金屬層和正方形環狀金屬層之間設有SiO2介質層。本實用新型的露天石質文物防治風化結構，通過控制近紅外光線及可見光的透過率來實現減小文物日夜溫差的功能，同時不會降低石質文物的日間可見度，相較傳統的麻紙、紗布或白布等材料，此防護結構具有抗腐蝕性強、防護可逆、使用壽命長等特點。
【IPC分類】E04B1/64, B32B3/12, B32B9/04
【公開號】CN204959997
【申請號】CN201520716717
【發明人】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
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月16日