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研究人员使用新的X射线技术保护亨利八世最喜爱的战舰

2021-11-03 15:46          X射线同步辐射
国际团队应用哥伦比亚工程学院和欧洲同步辐射设施开发的新方法--ctPDF,发现玛丽-罗斯号木质遗骸中的潜在有害物质。


玛丽-罗斯博物馆重新开馆

来自哥伦比亚工程学院、欧洲同步辐射设施(ESRF)、谢菲尔德大学、玛丽-罗斯信托基金和哥本哈根大学的一个多学科研究小组利用哥伦比亚大学和ESRF开发的一种新的X射线技术,发现在亨利八世最喜爱的军舰--玛丽-罗斯号的木质船体中存在着含锌的纳米颗粒。这些纳米粒子正在导致这艘船的残骸变质,该船于 1545 年在战斗中沉没,并于 1982 年从索伦特号被打捞上来。都铎号船及其收藏的 10,000 件文物现在收藏在英国朴茨茅斯的玛丽罗斯博物馆。

用于检查该船遗骸的新技术--计算机断层扫描PDF(ctPDF)--最初是在哥伦比亚工程公司/布鲁克海文国家实验室和ESRF团队成员共同撰写的一项研究中开发的,用于研究催化剂和电池。当谢菲尔德大学功能纳米材料主席瑟琳娜.卡森(Serena Cussen)与哥伦比亚材料科学家西门.比林格(Simon Billinge)取得联系时,比林格帮助开发了使用布鲁克海文同步加速器的研究方法,他认为 ctPDF 可能是了解船舶遗骸内部发生了什么的好方法。 比林格研究小组对 X射线如何在纳米级的样品截面上散射进行了成像,然后精确表征隐藏在都铎木材深处的材料的性质。对比所得到的图像的像素,他们可以确定,经过几个世纪的时间,木材上已经布满了硫化锌的纳米颗粒。


玛丽-罗斯号
 
“在玛丽罗斯号沉没后的几年里,能够一窥它的历史特别令人兴奋,”在美国能源部布鲁克海文国家实验室任职的比林格说。“硫化锌沉积物来自木头沉入海底时生活在木头中的厌氧细菌——它们本质上是细菌粪便。我们得到的结果就像一次微型考古挖掘,通过研究沉积物的位置和组成,我们可以看到细菌如何在木材上定居以及它们吃了什么。”

该团队还在船的木材中发现了聚合物沉积物。39年前,这艘船从海底被提出来之后,为了帮助保存它的遗体,在船上喷洒了聚合物,当时人们认为聚合物会带来机械稳定性。然而,最近有一些证据表明,这种聚合物本身可以降解,并作为降解酸的来源进入其周围的材料。

现在,新的X射线技术使研究人员能够追踪船上木材中的聚合物--这是制定保护战略的重要一步。这种新方法可以为未来保护玛丽-罗斯号和其他重要考古发现的策略提供参考。

"这是我们第一次使用X射线全散射与计算机断层扫描技术,成功地在纳米级研究文化遗产样品。负责ESRF ID15光束线的科学家马可.迪.米希尔(Marco Di Michiel)说:"这项工作为保护领域的新实验打开了大门。

现在研究人员正在努力详细了解这些锌基颗粒可能对玛丽-罗斯产生的降解作用以及如何中和这些颗粒。

哥伦比亚工程公司

哥伦比亚工程学院位于纽约市,是美国顶尖的工程学院之一,也是美国最古老的学院之一。该学院也被称为傅氏基金会工程和应用科学学院,通过其220多名教师的开创性研究,扩大知识和推进技术,同时在一个合作的环境中教育本科生和研究生,使他们成为有坚实工程基础的领导者。学院的教师是大学跨学科研究的中心,为数据科学研究所、地球研究所、祖克曼头脑行为研究所、精准医学计划和哥伦比亚纳米计划做出了贡献。在其战略愿景 "哥伦比亚大学人类工程 "的指导下,学院旨在将想法转化为创新,以促进可持续的、健康的、安全的、连接的和创造性的人类。

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