宋代建盞中發現罕見的epsilon-Fe2O3

2021-01-08 科學網

 

中國古代建窯黑釉盞為北宋帝王所賞識,用作隆重賜茶專用的茶具。「忽驚午盞兔毛斑,打出青甕鵝兒酒」、「鷹爪新茶蟹眼湯,松風鳴雪兔毫霜」表達了著名詩人蘇軾和楊萬裡對建盞的嘉許。這一件件擁有精美紋樣的建盞是在龍窯裡燒成的,質樸的黑釉與自然天成的條紋或斑點有機結合,被美國密西根大學教授James Plumer譽為「Chinas Great yet humble ware(中國偉大卻又含蓄的器物)」。珍貴的建盞有兔毫盞、油滴盞、鷓鴣斑盞等種類。建盞在流傳到日本後被稱為天目盞,特別是保存在日本的曜變天目盞更是享有天下神品的美譽。由於建盞的製作工藝失傳,更為其蒙上了一層神秘的面紗。

日本名古屋大學的山崎一雄教授從1952年起開始研究建盞,對珍藏在日本的曜變天目碗用放大鏡和顯微鏡進行了鑑別,並對James Plumer在1935年收集的建窯殘片進行了化學分析,開創了建盞科學研究之先河;中國科學院上海矽酸鹽研究所自20世紀80年代至今與福建博物院合作,對建盞進行了系統研究,李偉東等細緻表徵了建盞黑釉的顯微結構,並指出釉麵條紋或斑點的形成是氧化鐵因過飽和在釉表面析晶所致。

為了進一步探索古陶瓷極品宋代建盞所蘊涵的科學規律,近年來上海矽酸鹽所研究員、古陶瓷科學研究國家文物局重點科研基地副主任李偉東,聯合美國勞倫斯伯克利國家實驗室及中科院上海微系統與信息技術研究所研究員劉志,合作領導一支國際團隊,藉助同步輻射微束X射線衍射譜、同步輻射X射線吸收譜和顯微拉曼光譜等先進表徵方法,對建盞兔毫釉和油滴釉進行了多手段研究。研究結果令人吃驚,首次發現在銀色油滴中的氧化鐵析晶是高純度的罕見的epsilon-Fe2O3晶相,在棕色兔毫中有epsilon-Fe2O3與赤鐵礦晶相共存。這一發現推進了人們對建盞精美釉麵條紋和斑點來源的認知,同時對相似燒成條件下其它瓷器的釉析晶及呈色提供了一個新的研究角度和比較標準。

該研究成果今年5月在《科學報告》發表後,得到國內外多家媒體報導,比如《文匯報》、美國陶瓷學會期刊Ceramic Tech Today、美國考古學會期刊Archaeology Magazine、美國Lawrence Berkeley National Laboratory、sci-news.com、livescience.com、ancient origin等等。

亞穩態的epsilon-Fe2O3在1934年首先被發現,但其晶體結構直至近10年才被明確表徵。epsilon-Fe2O3具有非常優異的磁性,是一種具有誘人應用前景的電磁材料,這類材料的最終應用目標是更節能的計算機、存儲量更大更便宜的存儲介質,更小的手機等。遺憾的是,現代製備技術目前只能得到納米尺度的epsilon-Fe2O3晶體,而且很難得到不含雜相的epsilon-Fe2O3,嚴重阻礙了其製備和應用進程。在油滴釉中發現大尺寸高純度epsilon-Fe2O3單晶,將對於真正理解為什麼epsilon-Fe2O3具有高的矯頑力有很大幫助。

研究表明,建盞製備所用的高鐵粘土及龍窯中的特殊溫度和氣氛條件,導致了epsilon-Fe2O3的形成,它並不是一個偶然的副產品,雖然古代窯工並不懂得其中蘊含的科學原理。亞穩態的epsilon-Fe2O3有苛刻的生長條件:高溫、低氧分壓,古代柴燒龍窯的整體或局部還原氣氛使其得到滿足。科學家目前的任務是優化製備條件,以獲得無雜相的epsilon-Fe2O3,所製備的epsilon-Fe2O3應具有優異的磁性、預期的晶體尺寸和形貌、好的穩定性。建盞的製備工藝無疑將給epsilon-Fe2O3的現代優化製備提供有益的啟示和積極的推動,這正是1000年前的古人給予我們的饋贈!

上海矽酸鹽所還進行了實驗考古學研究,通過陶瓷原料組成及窯爐溫度和氣氛的控制,成功驗證和再現了宋代建盞的科學規律和藝術魅力,同時為epsilon-Fe2O3的優化製備提供了新的研究思路和有益的啟示,這正是古為今用的絕好例證,也賦予建盞這一偉大而又含蓄的器物一層新的涵義。

 

 

 

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