一种针对露天石质文物风化的复合防护结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及露天石质文物保护领域，具体涉及利用物理复合结构对文物进行非直接接触的防治自然风化的方法。
【背景技术】
[0002]露天石质文物大多是体积大、不易移动、分布在野外环境，无法像室内或馆藏文物一样通过人为调控环境来达到保护的目的，其保护材料的选择和保护技术的研究一直是国际文化遗产保护领域的关注热点。而风化是露天石质文物中最重要的一种病害，引起风化的主要原因是温差作用和水的侵蚀。其中，露天石质文物的温差主要是由太阳光中的红外光线所产生的热效应引起，而95%的红外辐射能量集中在近红外区的720-2500nm之间，自然降水则造成石质文物漏水、渗水和积水，进而引发一系列的物理风化、化学风化和生物风化等。所以，要从根本上治理露天石质文物的风化，就需要阻止降水的侵入，并尽最大可能让文物处于一个恒温的环境。
[0003]目前，对于露天石质文物保护材料的研究大多是对现有材料进行实验和使用，很少有根据需求对保护材料进行设计。常用的物理防风化方法有加雨棚和排水渗水工程等，化学防风化的方式主要有三种:涂覆方法，喷涂方法和浸泡方法。所用材料主要有无机防风化材料、有机防风化材料、复合防风化材料、仿生材料和纳米复合材料。尽管这些材料在一定程度上能起到加固、防水、防酸、防污、防溶蚀、防微生物和防风化等作用，以减缓石质文物的损毁进程，然而，这些材料在实际防护应用中，总存在一些无法避免的缺点。如硅酸盐等无机材料的疏水性差，弹性小，粘接力脆弱；丙烯酸树脂等有机材料的寿命短，渗透性差，失效后还使得文物表面颜色变暗；纳米材料和仿生材料虽然效果好，但制备难度大，不适合云冈石窟这样大面积的使用，故推广性不强。
【发明内容】
[0004]本实用新型目的是，在“不改变文物原状”、“过程可逆”、“与环境统一”，“预防优于弥补”等实施文物保护原则的前提下，设计一种与石质文物非直接接触式的防护结构，此结构可与文保界认可的保护性窟檐有机结合为一体，在实现隔绝雨、雪、挡风功能且不影响参观效果的同时，减小文物日夜温差，进而起到防治风化的功效。
[0005]本实用新型采用的技术方案是:
[0006]—种针对露天石质文物风化的复合防护结构，包括Si02抛光氧化硅片衬底，以及该衬底上间隔设有的多层圆环状金属层和正方形环状金属层所述的圆环状金属层和正方形环状金属层之间设有3102介质层。
[0007]以上所述的圆环状金属层和正方形环状金属层上分别设有周期性排列的金属圆环和金属正方形环。
[0008]以上所述的圆环状金属层和正方形环状金属层各为两层，接触衬底的最内一层为圆环状金属层，最外一层为正方形环状金属层。
[0009]为解决上述防护石质文物风化的技术问题，将可起到减小石质文物温差的防风化结构与能阻挡雨、雪、风等侵蚀文物的保护性窟檐有机结合。
[0010]第一、选择厚度为200nm的3102抛光氧化硅片作为衬底(S1 2_CD);
[0011]第二、制备周期性圆环状状金属层(ΑΙ-c):
[0012]①在衬底上利用匀胶机旋凃电子束曝光胶(PMMA)后，热板烘烤；
[0013]②利用电子束曝光机(EBL)写入.gds格式的周期圆环状样品图形，并显影和定影；
[0014]③利用电子束蒸发镀膜机蒸发厚度为5nm的金属铝；
[0015]④利用丙酮或者去胶液浸泡样品后剥离；
[0016]第三、介质层Si02的生长(Si02-JZ):
[0017]利用等离子体增强化学气相沉积法(PEV⑶)，沉积厚度为50nm的Si02介质层；
[0018]第四、制备周期性正方形环状金属层(A1-S)
[0019]①在衬底上利用匀胶机旋凃电子束曝光胶(PMMA)后，热板烘烤；
[0020]②利用电子束曝光机(EBL)写入.gds格式的周期圆正方形环状样品图形，为了与第一层对齐，做十字标记后显影和定影；
[0021 ] ③利用电子束蒸发镀膜机蒸发厚度为5nm的金属铝；
[0022]④利用丙酮或者去胶液浸泡样品后剥离；
[0023]第五、介质层Si02的生长(Si02-JZ):
[0024]重复第三步；
[0025]第六、制备周期性环形环状金属层(A1-C):
[0026]重复第二步；
[0027]第七、介质层二氧化硅的生长(Si02_JZ):
[0028]重复第三步；
[0029]第八、制备周期性正方形环状金属层(A1-S):
[0030]重复第四步；
[0031]第九、根据保护性窟檐的空档尺度大小，具体决定电磁超介质结构的周期数，拼接后嵌入保护性窟檐空档中，并安装于石质文物外围。
[0032]本实用新型的优点和有益效果是:
[0033]1、可维持石质文物内部温度及湿度的相对稳定；2、有效防止雨雪对石质文物外壁的直接冲刷；3、可减轻因大气污染物的侵入而导致的化学破坏；4、使用此非直接接触的防护结构时，不会对石质文物造成保护式的损坏；5、防护的可逆性，即当将来出现性能更好的防护材料时，拆除防护结构后不会对石质文物造成任何的伤害。
【附图说明】
[0034]图1为本实用新型的石质文物防风化结构示意图。
[0035]图2为本实用新型图1的分层示意图。
[0036]图3为本实用新型图2中正方形环状金属层示意图。
[0037]图4为本实用新型图2中的圆环状金属层示意图。
[0038]图中:1.氧化娃片衬底；2.圆环状金属层；3.介质层；4.正方形环状金属层；5.金属正方形环；6.金属圆环。
[0039]下面结合附图对露天石质文物风化的复合防护结构进行详细说明。
【具体实施方式】
[0040]参见图1和图2，本实用新型的石质文物防风化结构包括周期性正方形环状层4、周期性圆环形层2和介质层3和氧化硅片衬底1。该防护结构的具体制备及工作过程如下:
[0041]1.制备过程
[0042](1)仿真模拟:依据与特异材料结构相关的电磁超介质、表面等离子体等理论，预设在近红外波段具有低透射率，可见光波段具有高透射率的金属结构，利用C0MS0L电磁仿真软件，模拟计算其红外透射谱，并分析透射率与结构的单元形状、尺度、周期等参数的关系，进而优化参数得出最适合实际需要的风化防护结构的各项参数值。
[0043](2)防护结构的加工:
[0044]第一、选择厚度为200nm的3102抛光氧化硅片作为衬底(S1 2_CD);
[0045]第二、制备周期性圆环状金属层2 (Al-C)，其结构参见附图4:
[0046]①在衬底上利用匀胶机旋凃电子束曝光胶(PMMA)后，热板烘烤；
[0047]②利用电子束曝光机(EBL)写入.gds格式的周期圆环状样品图形，并显影和定影；
[0048]③利用电子束蒸发镀膜机蒸发厚度为5nm的金属铝；
[0049]④利用丙酮或者去胶液浸泡样品后剥离；
[0050]第三、介质层Si02的生长(Si02-JZ):
[0051 ] 利用等离子体增强化学气相沉积法(PEV⑶)，沉积厚度为50nm的Si02介质层3 ;
[0052]第四、制备周期性正方形环状金属层4(A1_S)，其结构参见附图3:
[0053]①在衬底上利用匀胶机旋凃电子束曝光胶(PMMA)后，热板烘烤；
[0054]②利用电子束曝光机(EBL)写入.gds格式的周期圆正方形环状样品图形，为了与第一层对齐，做十字标记后显影和定影；
[0055]③利用电子束蒸发镀膜机蒸发厚度为5nm的金属招；
[0056]④利用丙酮或者去胶液浸泡样品后剥离；
[0057]第五、介质层S1；^生长(S1 2_JZ):
[0058]重复第二步；
[0059]第六、制备周期性环形环状金属层(A1-C):
[0060]重复第二步；
[0061]第七、介质层二氧化硅的生长(Si02-JZ):
[0062]重复第三步；
[0063]第八、制备周期性正方形环状金属层(A1-S):
[0064]重复第四步；
[0065](3)防护结构与窟檐的结合
[0066]根据保护性窟檐的空档尺度大小，具体决定电磁超介质结构的周期数，拼接后嵌入保护性窟檐空档中，并安装于石质文物外围。
【主权项】
1.一种针对露天石质文物风化的复合防护结构，其特征在于:包括S1 2抛光氧化硅片衬底，以及该衬底上间隔设有的多层圆环状金属层和正方形环状金属层，所述的圆环状金属层和正方形环状金属层之间设有3102介质层。2.根据权利要求1所述的复合防护结构，其特征在于:所述的圆环状金属层和正方形环状金属层上分别设有周期性排列的金属圆环和金属正方形环。3.根据权利要求1所述的复合防护结构，其特征在于:所述的圆环状金属层和正方形环状金属层各为两层，接触衬底的最内一层为圆环状金属层，最外一层为正方形环状金属层。4.根据权利要求1所述的复合防护结构，其特征在于:所述的S12抛光氧化硅片衬底的厚度为200nm，所述的圆环状金属层和正方形环状金属层的厚度分别为5nm，所述的Si02介质层的厚度为50nm。5.根据权利要求1所述的复合防护结构，其特征在于:所述的金属圆环外半径为37.5nm，内半径为24nm。6.根据权利要求1所述的复合防护结构，其特征在于:所述的金属正方形环外边长为80nm，内边长为50nm。
【专利摘要】本实用新型公开一种针对露天石质文物风化的复合防护结构，包括SiO2抛光氧化硅片衬底，以及该衬底上间隔设有的多层圆环状金属层和正方形环状金属层，所述的圆环状金属层和正方形环状金属层之间设有SiO2介质层。本实用新型的露天石质文物防治风化结构，通过控制近红外光线及可见光的透过率来实现减小文物日夜温差的功能，同时不会降低石质文物的日间可见度，相较传统的麻纸、纱布或白布等材料，此防护结构具有抗腐蚀性强、防护可逆、使用寿命长等特点。
【IPC分类】E04B1/64, B32B3/12, B32B9/04
【公开号】CN204959997
【申请号】CN201520716717
【发明人】孟田华, 邓富胜, 韩丙辰, 董丽娟, 杨成全, 卢玉和, 石云龙, 任建光
【申请人】山西大同大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月16日