從商代恢弘的青銅神樹，到唐代絢麗的鎏金雙獅紋銀碗，再到明代新潮的鋼鐵結構建筑靈沼軒……一件件或大或小的金屬文物是中華文明璀璨歷史的證明與結晶。但這些金屬文物的材質化學性質活潑，在自然環境中容易腐蝕劣化。

監測腐蝕狀態、抑制腐蝕發生、清理文物銹蝕部分等工作一直是保護金屬文物的重點、難點，需要關注的問題諸多，包括但不限于：如何在不破壞文物的情況下得到和其腐蝕相關的精確數據？對于不可移動的大型文物，該怎么在實驗室外進行腐蝕情況檢測？文物表面形狀各異，什么樣的檢測儀器適用范圍能更廣？

在今年的第三屆“文物科技創新論壇”上，北京大學考古文博學院胡鋼副教授展示的一支“神奇畫筆”給了這些問題新的解答。這種長度僅有十幾厘米的“電化學性質檢測筆式探頭”，不僅能更加便捷、快速、無損地在多種環境下進行金屬文物的電化學性質的檢測，甚至還能以“還原”的方式處理某些文物上的銹蝕。

“筆尖輕點”

獲取金屬文物電化學性質數據

光看外形，這種新型的電化學性質檢測探頭幾乎和粗筆觸的馬克筆沒什么兩樣，但其實它細細的筆身里裝的可不是顏料。

形似馬克筆的多種規格筆式探頭

如果將它的外層保護殼拿掉，可以看到輔助電極、參比電極和預先注入的凝膠電解質。科研人員可以通過筆頭接觸金屬文物粗糙銹蝕表面，探測到其電化學參數。

據胡鋼介紹，金屬文物在自然環境中腐蝕主要為電化學腐蝕過程。在這一過程中，電流流動與離子傳導等一系列行為決定了材料的腐蝕速度，想要對金屬文物現有腐蝕狀態和保護效果進行評估，就需要對完整電極行為進行判斷研究，充分解讀其腐蝕電化學過程的每一個環節。因此對文物材料電化學性質的檢測，是診斷金屬文物腐蝕成因，研究其腐蝕機理，評估其保護、修復效果最直接有效的方法。

在傳統的溶液體系電化學測試中，需要對文物基體進行有損取樣，才能構建出三電極系統以獲取材料樣品的電化學參數，這很大程度限制了電化學技術在金屬文物腐蝕研究上的拓展應用。而本次展示的這種筆式探頭可以通過直接接觸文物構建出三電極系統，完成原位無損或微損的檢測，獲得確定的檢測電極面積和穩定的電化學數據。

適用范圍廣闊

可參與到各類金屬文物保護修復的多個環節

在過去的兩年多時間里，胡鋼帶領賈明浩、胡沛等博士研究生團隊，從多維度地進行試驗研究，從光澤的金屬表面到帶銹的金屬表面，從固態的凝膠到液態的凝膠，并嘗試多種電極的布局方式，一步步對探頭進行改進突破，獲得各方參數，解決了探頭內電極分布、文物帶銹表面隨行、檢測信號穩定等一系列問題，讓這款筆式探頭具備了接界電勢小、保水能力強、尺寸柔性穩定等亮眼優點。

而后，在胡鋼團隊通過筆式探頭進行的極化曲線測試、電化學阻抗譜測試、電化學噪聲測試等試驗中，這種探頭都能提供不錯的基礎數據，為評估金屬文物腐蝕狀態和保護效果提供更科學具體的依據。

胡鋼表示，輕巧便攜的筆式探頭可以參與到金屬文物保護、修復的各個環節，比如清洗脫鹽、緩蝕、加固、封護、檢測評估等，其“苗條的身形”還有助它適配大大小小、形狀各異的文物。而且理論上不管是鋼鐵、金銀還是青銅，只要是金屬的文物，在開路電位參數穩定且指標明確后，都能夠用這種筆式探頭進行電化學性質的檢測。

值得一提的是，如果要檢測面積較大的文物“銹跡”，這只筆頭細小的筆式探頭是否就無能為力了呢？對此胡鋼認為并不用擔心，“如果以后有這樣的需求，基本上直接將筆式探頭的結構放大就行。我們對它的技術很有信心，它連小面積的電化學信號都能準確捕捉，更大面積的有效信號也是很有希望實現的。”

原位無損檢測+還原

解決金屬文物腐蝕問題有了新方法

目前胡鋼團隊已經和國內多家博物館合作，用此探頭對各類金屬文物開展了測試，從四川“江口沉銀”遺址的銀器銀飾，到北京故宮靈沼軒的鋼鐵建筑結構，這種筆式探頭都有“用武之地”。

在新文物的發掘保護中，這支小小的探頭也已經發揮了大作用。報告上，胡鋼介紹了團隊的筆式探頭助力我國南宋古船“南海一號”上鐵鍋文物保護監測的案例。

現場測試場景

他提到，在發掘“南海一號”出水鐵鍋后，因為團隊充分利用了探頭進行檢測，并合理地使用了得到的數據進行分析，使文物保護研究人員得以明確篩選保護材料，高效開展保護修復工作，在較短的時間內控制住了鐵鍋因氧化腐蝕而導致的粉化開裂現象，有效地將它們穩定保存了起來，“如果不重點關注，這類文物在短期內就可能脆化粉化了。”

此外，采訪中胡鋼還告訴記者，團隊研發的筆式探頭不僅僅能測出金屬文物的電化學性質，還能對文物某些腐蝕產物進行“還原處理”，“比如青銅文物上的有害銹，我們可以通過將接觸‘銹跡’的筆頭通電的方法，讓銹蝕的結構發生變化，實現其化學性質的還原。”