Научно-Техническое Внедренческое Предприятие
"Поверхность"

English

Проект РНФ № 21-19-00412

Разработка эффективных методов анализа поверхности предметов керамического искусства для повышения качества и достоверности искусствоведческой экспертизы и реставрационных работ

Описание проекта на сайте РНФ

Проект является мультидисциплинарным, исследования будут проводиться на стыке естественных (инженерные науки, физика твёрдого тела) и гуманитарных (искусствоведение, история техники и технологий) наук.

Цель проекта:

Повышение качества и достоверности реставрационных работ и искусствоведческой экспертизы (атрибуции) изделий художественной керамики путём применения комплекса современных методов анализа поверхности с минимальным деструктивным воздействием.

Задачи проекта:

1. Научное обоснование и разработка схем комплексного применения ряда новейших методов физического материаловедения для объективной характеризации современных и реставрируемых керамических произведений искусства.
2. Формирование базы знаний по особенностям элементного, фазового составов и комплексных характеристик структуры различных слоёв керамических изделий (глазурь, краски, керамическая масса) на микро- и наноуровне для разных времён производства, технологий и различных производителей. В рамках данного проекта будут исследоваться предметы русских и европейских центров производства XVIII – XXI вв. (фарфор, фаянс): во-первых, эти предметы, как правило находятся в непрерывном обращении (не были археологизированы – т. е. информация, которую «снимают» с них при материаловедческих исследованиях, не «затемнена» археологическими наслоениями); во-вторых, здесь мы располагаем максимальными возможностями набрать необходимый корпус образцов.
3. Выбор оптимального набора и развитие физических методов анализа поверхности для их конкретного применения при реставрационных работах и в искусствоведческой экспертизе художественной керамики.
4. Составление технического задания для разработки компьютерной экспертной системы для экспертизы (атрибуции) изделий художественной керамики с надёжной идентификацией времени, технологии и места производства на основе полученного в проекте массива экспериментальных результатов.
5. Разработка методики искусствоведческой экспертизы с использованием методов анализа поверхности.

Для этого в проекте будут решены важнейшие задачи электронной и рентгеновской спектроскопии, необходимые для успешной реализации проекта в целом:

1. Разработать базы данных химических сдвигов характеристических линий на спектрах Оже-электронов в сложных химических соединениях, образующихся в керамиках, включая красочные слои.
2. Изучить возможности использования химических сдвигов характеристических рентгеновских линий микрорентгеноспектрального анализа для идентификации сложных химических соединений, образующихся в керамиках, и при положительном ответе — создание базы данных химических сдвигов характеристических рентгеновских линий.

Эти задачи будут решены на основе данных эталонного метода идентификации химических связей — рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС, XPS).

Актуальность и новизна:

В настоящее время методы искусствоведческой экспертизы основаны на применении узкого круга оптических техник при весьма ограниченном использовании простейших спектральных средств анализа, а экспертные заключения базируются во многом на мнении эксперта. Применение объективных физических методов при экспертизах весьма ограничено, а используемые методы: рентгенофлуоресцентный анализ, рентгеноструктурный анализ, оптическая микроскопия, в т.ч. поляризационная — имеют фундаментальные ограничения, связанные с низкой чувствительностью, а также малому пространственному и глубинному разрешению. В то же время, в области физического материаловедения в последние десятилетия развиты новейшие методы неразрушающего или малоинвазивного изучения поверхности, дающие обширную информацию с уникальной чувствительностью по элементному, фазовому, микроструктурному состоянию различных материалов с уникальным глубинным и пространственным разрешением порядка нескольких нанометров. Наиболее значимая информация, которая с максимальной степенью достоверности позволяет разносторонне описать тот или иной материал, основана на комплексном применении различных методов анализа поверхности.

Ряд исследовательских групп в мире расширили использование методов анализа поверхности для исследования различных исторических артефактов. Имеются малочисленные работы по изучению исторического фарфора с применением методов анализа поверхности для установления отдельных характеристик его состава и структуры, например, химического состава массы или набора пигментов в красках. Опыт комплексного применения методов анализа поверхности для использования в искусствоведческой экспертизе в литературе не описан, что определяет высокую научную новизну проекта.

Методы и подходы:

В проекте научно обосновываются и разрабатываются схемы комплексного применения ряда новейших методов физического материаловедения для объективной характеризации и аутентификации керамических произведений искусства. Поставленные задачи будут решаться комплексно, с использованием как литературных и архивных данных, так и экспериментальных исследований с использованием набора взаимодополняющих и взаимоверифицирующих методов анализа, начиная со стандартных: элементного рентгенофлуоресцентного анализа и дифракционного фазового анализа.

Для решения задач проекта будет использован набор современных методов анализа поверхности, не повреждающих или минимально повреждающих исследуемые образцы: сканирующая электронная микроскопия (СЭМ, SEM) и микрорентгеноспектральный анализ (МРСА, EMP), рентгеновская фотоэлектронная (РФЭС, XPS) и Оже-спектроскопия (ОЭС, AES), включая Оже-микроскопию (ОЭМ, AEM) и спектроскопию протяжённой тонкой структуры спектров потерь энергии электронов (EELFS), масс-спектроскопия вторичных ионов (ВИМС, МСВИ, SIMS) в квазистатическом режиме и TOF-SIMS. Существенную роль в проекте будут иметь методы статистической обработки экспериментальных данных, в т.ч. Фурье-анализ и фрактальный анализ изображений. Для создания экспертной системы атрибуции художественной керамики по данным комплексного анализа будет использован метод поиска нелинейных зависимостей — метод нейронных сетей.

Отработка методик исследований будет производиться на образцах современных изделий художественной керамики, а также сырья для их производства.

Основные исследования будут проводиться на атрибутированных фрагментах художественной керамики.

Ожидаемые результаты:

Результаты данного междисциплинарного проекта внесут существенный вклад в несколько отраслей науки (инженерные науки, физика твёрдого тела, материаловедение керамических материалов, техника реставрационных работ и искусствоведение, история техники и технологий) и, следовательно, в развитие науки в целом.

Будут определены характерные микро- и наноструктурные характеристики керамики, в том числе дисперсия и распределение фазовых частиц по слоям, с характеристикой формы и размеров частиц, соотношения основных химических элементов и малых примесей, их степени окисления в различных слоях (глазурь, краски, керамическая масса).

Будут сформированы базы знаний по микроструктуре и химическому (в т.ч. изотопному) составу слоёв, характерных для разных времён производства и различных производителей изделий художественной керамики.

Будет подобран оптимальный по стоимости приобретения и эксплуатации состав методик для проведения искусствоведческих экспертиз художественной керамики, а также сформулированы технические требования к оборудованию.

На основе полученных в проекте экспериментальных результатов будет сформулировано техническое задание на разработку экспертной компьютерной системы идентификации изделий художественной керамики по данным физических материаловедческих исследований.

Методики, разрабатываемые в данном проекте, обеспечат надёжные данные в случаях, когда не срабатывают традиционные методы исследования или возможны только разрушающие методы, а именно:

1. При подборе материалов и современных технологий, наиболее близких к аутентичным, при проведении реставрационных работ;
2. При определении центров производства;
3. При определении времени и места проведения разных этапов технологического цикла, если они разнесены во времени и пространстве;
4. При определении подлинности предметов, выявлении подделок;
5. Для разграничения подлинных и фальсифицированных частей предмета;
6. При проведении атрибуции памятника в процессе научной реставрации.

Сохранение и реставрация исторических предметов материальной культуры справедливо оцениваются как один из больших вызовов, стоящих перед человечеством. Тем самым проект направлен на решение задач стратегического направления Н7 «Возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий, социальных институтов на современном этапе глобального развития, в том числе применяя методы гуманитарных и социальных наук». Реализация данного проекта позволит существенно повысить качество реставрационных работ за счёт подбора материалов, наиболее близких по составу и микроструктуре к исходным, а в перспективе — достоверность искусствоведческой экспертизы изделий художественной керамики, включая фарфор, что повысит вероятность выявления подделок на этом рынке, а также пресечения контрабанды подлинных изделий. Тем самым результаты проекта будут способствовать реализации Стратегического направления Н5 «Противодействие техногенным, биогенным, социокультурным угрозам, терроризму и идеологическому экстремизму, а также киберугрозам и иным источникам опасности для общества, экономики и государства» и Приоритетного направления 1 «Безопасность и противодействие терроризму».

В части разработки новых методик искусствоведческих исследований и экспертизы на основе современных физических методов исследования состава и структуры материалов, а также для накопления массива экспертных характеристик и направленности на будущую разработку компьютерной экспертной системы идентификации изделий художественной керамики по данным физических исследований на основе технологий искусственного интеллекта, проект соответствует Стратегическому направлению Н1 «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта».

Применяемые в проекте методы анализа поверхности соответствуют критической технологии 11 «Технологии диагностики наноматериалов и наноустройств».

Решение поставленных задач позволит отечественной школе искусствоведения и реставрации укрепить лидирующее положение в мире.