مقاله فن آوری های نو در حفظ و نگهداری آثار هنری : استفاده از فناوری لیزر برای بهسازی سطوح آثار هنری

بخشی از مقاله

چکیده:

استفاده از فناوری های جدید در مرمت و نگهداری از آثار باستانی به تازگی در جهان رواج زیادی یافته است. استفاده درست و به جا از این فناوری های جدید و ترکیب مناسب آنها با شیوه های سنتی شیمیایی و مکانیکی می تواند آثار جانبی و مخرب شیوه های بازسازی و پاکسازی را به حداقل کاهش دهد. پاکسازی لیزری در واقع تنها زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که بتواند تاثیری بسزا بر روی تمیزی اثر از خود به جا بگذارد و نسبت به شیوه های رایج کارایی بالاتری از خود نمایان سازد.

از این رو زمانی که احتمال تخریب اثر هنری در نتیجه استفاده از پرتوهای لیزری وجود داشته باشد هرگز از آن استفاده نخواهد شد. این شیوه بر اساس حرارت دهی متمرکز سطح ابداع شده است. این حرارت باعث می شود مواد موجود بر روی سطح به صورت متمرکز منبسط شده و به این شکل فرایند شستشو صورت گیرد.

برای سطوح سنگی، فلزی و نقاشی های دیواری ابتدا با کمک اسپری آب، سطح اثر مرطوب می شود که این کار باعث می شود تبخیر متمرکز آب رخ دهد. در این تحقیق اثر تابش لیزر بر تمیزی سطوح مختلف آثار هنری بررسی شده است. با انتخاب لیزر مناسب با تابش متناسب می توان آلودگی های سطح را زدود.

1  مقدمه

لیزر - Laser - به معنای تقویت نور بوسیله امواج تحریک شده می باشد. لیزر نور را به صورت پرتوهای موازی باریک با طول موج مشخص، ساطع میکند. برای لیزر از ماه فعال کننده نوری استفاده می شود که درون محفظه تشدید نور قرار دارد . - 1- 3 - این ماده پرتو نور را به وسیله یک منبع انرژی تقویت میکند. لیزر با نور معمولی از لحاظ ماهیت تفاوتی ندارد اما آنچه لیزر را متمایز کرده است خواص فیزیکی منحصر به فرد آن می باشد. خروجی لیزر یک میدان مغناطیسی است که بر اساس پدیده رزونانس کار می کند.

لیزر کاربردهای وسیعی در صنعت، پزشکی، فروشگاه داری و علوم کامپیوتر پیدا کرده است. قابلیت بی نظیر لیزر، کنترل آن بصورت یک باریکه پیوسته و مداوم است. نور معمولی در تمامی جهت ها منتشر می شود اما نور لیزر در یک جهت گسیل می یابد.

از این جهت نور معمولی نامرتب و نامنظم است. هماهنگ و جهت دار بودن لیزر آن را برای کاربرد های خاصی متمایز کرده است. موازی بودن لیزر باعث می شود بتواند در ضخامت های کم متمرکز شود و در محل تمرکز به اندازه کافی انرژی منتقل کند. نور معمولی شامل گستره وسیعی از طول موجها از اشعه مادون قرمز تا ماوراء بنفش می باشد اما لیزر تنها از یک نوع انرژی نورانی با طول موج مشخص ساخته شده است، لذا به آن نور »تک رنگ« هم می گویند

لیزر انواع مختلف دارد که عبارتند از: 

لیزر گازی: ماده فعال در این نوع لیزر یک گاز است. این گاز می تواند به صورت خالص یا همراه با گازهای دیگر مورد استفاده قرار گیرد. نئون به همراه هلیوم - لیزر هلیم - نئون - ، دی اکسید کربن به همراه نیتروژن و هلیوم، آرگون، کریپتون و هگزا فلورئید نمونه ای از این نوع لیزر می باشند

لیزر حالت جامد: در این نوع لیزر، ماده فعال یک ماده جامد می باشد. یون های فلزی با غلظت کم در داخل ماده جامد بلوری یا غیر بلوری قرار می گیرد . لیزر یاقوت، لیزر Nd:glass و Nd:YAG سه نمونه از معروفترین لیزرهای جامد می باشند.

لیزر نیم رسانا : وقتی دو نیمه رسانا به یکدیگر ملحق می شوند، در محل اتصال آنها ناحیهای - منطقه اتصال - p-n بوجود میآید که عمل لیزر در آن رخ میدهد. الکترون ها هنگام انتقال از یک ناحیه به ناحیه دیگر انرژی کسب میکند و هنگامی که میخواهند به ناحیه دیگر وارد شوند، این انرژی را به صورت فوتون از دست میدهند. اگر دو انتهای منطقه اتصال صیقل داده شود، یک کاواک لیزری بوجود خواهد آمد. در لیزر نیم رسانا از بلور گالیم-آرسنید استفاده میشود.

لیزر شیمیایی: در لیزر شیمیائی یک واکنش شیمیائی باعث برانگیختگی، وارونگی جمعیت و عمل لیزر می شود. تجزیه هالید نیتروزیل - NOX - و توسط نور را میتوان به عنوان نمونه ذکر نمود.

لیزر کیلیتی: بعضی ترکیبات کیلیتی لانتانیدها، دارای تابش فلورسانس قوی هستند که استفاده از این سیستمها امکان ایجاد پرتو لیزر را ممکن ساخته است. - دی کتونها از جمله لیگاندهایی هستند که با لانتانیدها تولید ترکیبات کیلیتی مینمایند. برای کنترل کردن لیزر در این نوع سیستمها استفاده از یونهای فلزی گوناگون توصیه می شود

لیزر مایع: از مایعاتی مانند تولوئن، بنزن و نیتروبنزن به منظور تغییر طول موج یک لیزر دیگر استفاده میشود. ترکیبات آلی رنگین از قبیل مایعاتی نظیر اتانول، متانول یا آب تشکیل محیطی فعال برای این نوع لیزرها را می دهند

روش های تمیزکرن سطوح فلزی در طول زمان دچار تغییرات زیادی بوده است. عوامل متعددی مانند پایداری سطوح، میزان خوردگی، در دسترس بودن منابع و معذوریت های علمی بر این امر موثر بوده است. رایج ترین روش شستشوی سطوح فلزی در گذشته، شستشو با محلول های شستشو بوده است. که بعد از آن با برس های مویی و حلال های آلی مواد زائد شستشه شده از روی سطح زدوده می شدند. تمیزی سطوح با استفاده از فناوری لیزر جایگزین مناسبی برای روش های سنتی و قدیمی می باشد. استفاده از لیزر برای حذف مواد زائد روی سطح باعث کاربرد وسیع آن در میراث فرهنگی شده است.

استفاده از یک ابزارکاملاْ کنترل پذیر مانند لیزر باعث شده است تا برای آماده سازی سطوح مختلف مانند آهن، برنز، نقره، نقاشی و دیوار مورد استفاده قرار گیرد. برای استفاده از لیزر پارامترهای مهمی از قبیل طول موج، زمان پالس دهی، سرعت تکرار و تعداد پالس ها باید در نظر گرفته شود. باید توجه داشت حذف مواد زائد سطح نباید باعت تخریب رنگ یا تغییر بافت نمونه اصلی شود. زمان پالس های لیزری و تعداد آنها باید دقیقا کنترل شود تا از ایجاد گرمای زیادی نزدیک سطح و تخریب مکانیکی آن جلوگیری کند. استفاده از آب ضمن پالس دهی به سطح، علاوه بر کنترل دما از انعکاس تابش لیزر از روی سطح جلوگیری می کند.

- 1.2 سطوح فلزی:

برنز آلیاژی است که از ترکیب مس با عناصری همچون قلع، آلومینیوم، منگنز و یا فسفر تولید می شود. این آلیاژ خواص مطلوبی مثل استحکام زیاد، مقاومت به سایش و مقاومت خوبی به خوردگی دارد. در این قسمت به بررسی استفاده از فناوری لیزر در پاکسازی مجسمه برنزی می پردازیم. در ایتدا تصور بر این بود که امکان زدودن آلودگی از روی سطوح برنزی با لیزر امکان پذیر نیست. اما تحقیقات به عمل آمده موفقیت تکنیک لیزر را در این نوع از سطوح هم اثبات کرد. تحقیقی در سال 2015 در کشور ایتالیا - 7 - و بر روی مجسمه برنزی ناپلئون انجام شده است - شکل . - 1 استفاده از تکنیک های آنالیز سطح مانند FTIR، EDX، SEM، XRD و Raman نشان داد که عمده آلودگی ها مربوط به حضور گروه بروچانتیت - Cu4 - SO4 - - OH - 6 - و آنتلریت - Cu3 - SO4 - - OH - 4 - می باشد. بررسی میزان تمیز شدگی با یک میکروسکپ و تکنیک کالریمتری انعکاسی بررسی شد. لیزر استفاده شده از نوع Nd:YAG و در محدوده 10 میلی هرتز تا 100 کیلوهرتز مورد بررسی واقع شد.

نتایج حاصل نشان می دهد لایه سیاه رنگ در شکل 2 شامل واکس و ماده اکریلیک می باشد. با افزایش شدت تابش لیزر میزان حذف این مواد از روی سطح افزایش می یابد. سطوح سبز رنگ شفاف تر می شوند و تغییر جدی بر روی سطح ندارند. مورفولوژی و ساختار سطح نیز بعد از تابش لیزر بدون تغییر مانده است.

در پژوهشی دیگر در کشور ایتالیا - 8 - از لیزرهای محدوده UV و IR استفاده شد برای زدودن خوردگی فلزات مختلف که در سالیان دراز دچار تغییرات جدی در سطح خارجی خود شده بودند. فلزات مورد بررسی برنز و مس می باشند. زمان پالس دهی کمتر از 20 میکروثانیه است تا از آسیب رسیدن به سطوح جلوگیری شود. آنالیز شیمیائی سطح با EDAX و بررسی مورفولوژی سطوح با تکنیک SEM انجام شد.

لیزر استفاده شده از نوع Nd:YAG بود. استفاده از این نوع لیزر در سطوح برنزی - شکل - 3 نشان داد که با حفظ پایه، زنگار موجود روی سطح به طور کامل از بین رفته است. تغییر رنگ سطح از سبز به خاکستری موید این مطلب است. سطح زدوده شده حدد 2 میلی متر است. اثار تابش لیزر بر سکه مسی در شکل 4 نشان داده شده است. تابش لیزر باعث زدودن اکسید ناشی از خوردگی روی سطح می شود.

شکل شماره 5 که مربوط به Ghilberti porta del paradise و شکل شماره 6 که یک اثر هنری از جنس نقره در شهر فلورانس - قرن - 16 می باشند، اثر تابش لیزر را در اصلاح سطح نشان می دهند . - 9 - تمیزی سطوح نقره ای زمان کمتری لازم دارد زیرا قبل از تابش لیزر با آب و استن سطح را آغشته می کنند. سپس آن را در مجاورت محلول کربنات قرار می دهند.

- 2.2 تابلوهای نقاشی:

در تحقیقی که در کشور هلند انجام شد از لیزری در طول موج 248 نانومتر برای از بین بردن لایه سطحی بر روی نقاشی ها و ریکاوری نقاشی های رنگی استفاده شد . - 10 - در بسیاری از آزمایشات، تابش لیزر باعث رنگ زدایی از آثار نقاشی می شود ولی استفاده از لیزر شتاب دار در طول موج 248 نانومتر نشان داد با حفظ رنگ آثار، آلودگی ها از روی آنها زدوده می شوند.

تغییر رنگ تابلوهای نقاشی به دلیلی اکسیداسیون رنگ های استفاده شده می باشد.
تابلوی نمایش داده شده در شکل 7 اثر جی. اچ. نیومن که یک پورتریت از ون هوگن دراپ می باشد تابلویی به ابعاد 111 در 96 سانتی متر است که با رنگ روغن کار شده است. به مرور زمان لایه ای زرد رنگ روی آن را گرفته است. استفاده از حلال های آلی برای حذف رنگ زرد به هیچ عنوان مناسب نیست. زیرا حلال ها به داخل نقاشی نفوذ و رنگ آن را تغییر می دهند

اعمال لیزر با یک تابش باریک در ابعاد 3.1 در 5 میلی متر با انرژی J/Cm2 43.0 بعد از 8 پالس، موفق به حذف این لایه شده است. شکل 7 مربوط به نقاشی است که در اثر آتش سوزی دچار تیرگی زیادی شده است . استفاده از حلال های مختلف نتوانست لایه تیره رنگ را حذف کند. حلال هایی هم که لایه سیاه رنگ را حذف کردند به بدنه اصلی نقاشی صدمه زدند. تابش لیزر با از بین بردن لایه ای حدود 2 میکرومتر به خوبی سطح نقاشی را اصلاح کرد.

شکل شماره 9 مربوط به یک اثر رنگ روغن در ابعاد 49 در 77 سانتی متر است - 11 - که توسط آهک در طی زمان آسیب دیده است. این لایه به ضخامت 7 میکرومتر بر روی نقاشی تشکیل شده است. روش های سنتی برای حذف آهک ناکارامد و مخرب است. استفاده از لیزر KrF نشان داد که این نوع لیزر با شدت J/Cm2 3.0 ابزاری کارامد برای ترمیم این اثر هنری است.

- 3.2 دیوارهای نقاشی شده:

از لیزر Er:YAG در طول موج 248 نانومتر برای تمیزی این سطوح استفاده شد . - 9 - بسیاری از طول موج ها توسط رنگ جذب می شوند. بنابراین کنترل طول موج نور و شدت تابش آن ضروری است. تخریب سطحعموماْ در این نوع از پاکسازی ها مشاهده می شود. استفاده از آب باعث کاهش تخریب و رنگ زدایی از سطح می شود.