中科院上海光机所李青会课题组：科技解锁建盏釉面千年奥秘 | 前沿用户报道

2024-07-20 09:53:10 520阅读次数

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古语云：“入窑一色，出窑万彩”。建盏因其釉面斑纹变幻莫测、全凭天意的特性，具备了独一无二的别样魅力。但对于釉面形成的自然奥秘与精湛烧制技艺背后所需的复杂条件，至今仍是亟待深入探索的领域，更缺少科学研究。

各种典型建盏

为探究建盏釉面之谜，中国科学院上海光学精密机械研究所李青会课题组利用多种技术，对釉面进行了一系列细致分析。他们通过HORIBA共焦显微拉曼光谱（Micro-Raman）、光学显微镜（OM）、光学相干断层扫描技术（OCT）、X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）以及扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）等技术，成功揭示了釉面形成的关键是元素的赋存状态和晶型，并由此推断釉面的烧制温度与气氛。这一科学探索不仅让我们从微观层面领略了建盏釉面的非凡魅力，更从科学层面为建盏艺术的传承与创新指明了道路。相关研究成果已发表在《Journal of Microscopy》上。

*本文仅展示部分分析技术的表征结果，如想了解更多，请点击文末"阅读原文"。

*烧制气氛是指在烧成过程中，窑炉中制品周围的不同气体含量及比例。

科学检测釉面，巧寻成因关键

谈及建盏的釉面之美，爱好者们常常对“兔毫纹”、“油滴”及“鹧鸪斑”等独特品种赞不绝口。然而，掀开艺术的面纱，就科学角度而言，这些美丽的釉面实际上是熔融釉与氧化物晶体之间的相分离形成的。为深入了解这种相分离现象，研究人员对三种不同花纹及色彩的建盏样品（柿叶红釉、油滴釉和乌金釉）进行了化学成分和形貌检测。XRF 结果显示，这三种釉面中均含有较高的铁（Fe）元素。通过光学显微镜和 SEM 观察，研究人员发现柿叶红釉和油滴釉都呈现出层状晶体结构，其中柿叶红釉具有三层明显的晶体结构，油滴釉的表面呈现出圆形斑纹，而纯黑色的乌金釉则几乎没有析晶层。

建盏外观（左）、表面形貌（中）和断面结构（右）显微
照片，图A、B为柿叶红釉，C、D为油滴釉，E、F为乌金釉。

柿叶红釉（左）、油滴釉（中）、乌金釉（右）不同放大倍数
的扫描电镜图像可以看出不同建盏的各种晶型结构

在检测到釉面的主要构成元素与晶型结构后，研究团队锲而不舍，就釉面的烧制工艺（烧成温度和气氛）展开了进一步探索。有研究表明，在烧制过程中的气氛控制（氧化和/或还原），将决定坯体、釉料内部和釉面铁系晶体的物相组成^[1]。既然瓷器中富含 Fe 元素，而其赋存状态为 FeO，那么，对建盏样品中 FeO? 的晶型结构进行分析，也许就能揭开烧制温度与气氛之谜！

破译烧制密码，刨析匠心工艺

研究团队利用拉曼光谱仪和 XRD 进行测试分析，结果显示：柿叶红釉和油滴釉中均有 ε-FeO叶状晶体和 α-FeO相雪花状晶体。柿叶红釉建盏晶体的暗红色基底主要由 ε-FeO组成，而油滴釉建盏中既有由 ε-FeO相组成的大量叶状晶体，也有 α-FeO相的雪花状晶体。

柿叶红釉建盏（A）、油滴釉建盏（B）、乌金釉建盏（C）的拉曼和XRD图谱

通过对照先前学者关于温度、气氛与晶型关系的研究*，研究团队推断出，柿叶红釉的美艳动人源自其在弱氧化气氛下的烧制，且过程中微妙地融入了还原气氛的调控，最终于接近 1300℃ 的高温中制成；而油滴斑釉的独特韵味，则是在更为强烈的氧化气氛中锻造而成，其烧成温度巧妙地落在 1250 至 1300℃ 的区间内。这一研究为我们揭示了建盏烧制工艺与釉面品种之间的紧密联系。换言之，参考上述数据，调整烧制过程中的气氛及温度，就可以塑造出柿叶红釉、油滴斑釉等独特花纹。

在科学技术尚不发达的时期，窑工们靠经验控制细微差异的烧成温度和气氛，造就了釉面的别样之美。而今，科技的飞跃让我们得以将这份宝贵经验转化为可量化的标准，并有望通过精确控制烧制气氛中的气体成分和比例，复现甚至提升建盏的釉面效果，从而推动建盏艺术的传承与发展，实现民族的伟大复兴。我们期待更多科技工作者投身科技考古事业，为传承与发扬珍贵的文化遗产贡献智慧与力量。

*温度、气氛与晶型关系研究表明：当烧制温度高于1000℃时，γ-FeO会转变为ε-FeO；而当温度进一步升高至1300℃时，ε-FeO又会转变为 α-FeO相。此外，烧制气氛也会对 Fe 元素的晶型产生影响。在强还原下，Fe 元素容易形成 FeO相，还原气氛也有助于 ε-FeO晶相的稳定生长；而在强氧化气氛下，Fe 则会以 α-FeO晶相存在；另外，在较强氧化气氛中还会出现 α-FeO和 ε-FeO的混合析晶。所以若同时存在这两种晶相，则表明烧制过程中经历了两种烧制气氛。^[1,
2]

仪器推荐

中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心的 HORIBA XploRA PLUS 高性能全自动拉曼光谱仪

HORIBA XploRA PLUS 高性能全自动拉曼光谱仪有幸为这项研究提供支持。研究人员表示。“在研究过程中，我需要使用显微共焦拉曼光谱仪获取不同物相在样品中横向和纵向方面的分布情况。XploRA PLUS 可以根据微区显微图像，对古代陶瓷、玻璃和宝玉石器等文物样品在亚微米尺度的主要物相进行精确鉴别和 mapping 分析。该仪器还具有高灵敏度和真共焦等优点，通过共聚焦，可以对半透明和透明样品中不同深度的内含物或包裹体进行识别。

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课题组介绍

中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心，致力于构建和发展文物科学分析的光学与光谱学技术方法体系，主要从事古代硅酸盐质文物（玻璃、宝玉石器、陶瓷、颜料）的科技考古研究，特别是古代玻璃的体系、质地、工艺、溯源和交流等科学认知和科技史研究。中心负责人李青会，研究员、博士生导师。主要从事材料科学与工程领域特别是材料的表面/界面分析和无损分析技术研究。

李青会研究员

中国科学院上海光学精密机械研究所研究员、博士生导师；中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心负责人；中国文物保护协会文物分析检测技术专委会委员。曾担任国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”重点专项项目 2018 年度预评审专家和 2017 年度答辩评审专家。2007-2009 年，任日本东京理科大学理学部博士后研究员。主要从事材料科学与工程领域特别是材料的表面/界面分析和无损分析技术研究。2003 年起从事古代硅酸盐质文物（玻璃、玉器、瓷釉、颜料等）的科技考古研究，光学和光谱学技术的发展和应用，以及基于无损分析技术的技术方法体系的建立。参与完成国家自然科学基金重大项目、973 项目（子课题负责人）、中国科学院知识创新工程项目等。

参考文献

[1] Dejoie, C., Sciau, P., Li, W., Noé, L., Mehta, A., Chen, K., Luo, H., Kunz, M., Tamura, N., & Liu, Z. (2014). Learning from the past: Rare ε-Fe₂O₃in the ancient black-glazed Jian (Tenmoku) wares. Scientific Reports, 4, 1–9.

[2] Tao, S., Liu, S., Yuan, Y., Dong, J., & Li, Q. (2022). A microstructural and compositional study of ε-Fe2O3 crystals in the hare’s fur JianWare. Crystals, 12(367), 1–14.

供稿：董俊卿、陶诗倩

编辑：Fanny

润色：平儿

审核：Lucy、Joanna

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