中國(guó)最早發(fā)現(xiàn)的陶器是位于江西萬(wàn)年仙人洞遺址，距今約有2萬(wàn)年的歷史。最早發(fā)現(xiàn)的原始瓷器出現(xiàn)在商周時(shí)期，距今已經(jīng)有三千多年的悠久歷史。

在古陶瓷的生產(chǎn)中，我們祖先后創(chuàng)造出了諸如原始瓷器、青瓷、白瓷、青花瓷器等等，這些種類繁多、玲瑯滿目瓷器的出現(xiàn)，給世界帶來了一個(gè)又一個(gè)驚喜，也由此協(xié)同催生了海上與路上絲綢之路的興起與繁榮。這些精美絕倫的瓷器（china），后來也成為了中國(guó)的代名詞。

古陶瓷中究竟蘊(yùn)藏著什么樣的智慧？它們經(jīng)歷了什么樣的科學(xué)發(fā)展過程走到了今天？這些科學(xué)奧秘能否造福今天的生活？我們?cè)趺床拍馨严容吜艚o我們的這些寶貴財(cái)富，完整無損地交給子孫？中國(guó)古陶瓷發(fā)明創(chuàng)造對(duì)世界文明的貢獻(xiàn)是什么？

日前記者采訪了上海大學(xué)羅宏杰教授，他帶領(lǐng)記者走向了神秘的古陶瓷世界。

古瓷“窯變”是如何形成的？

窯變簡(jiǎn)單來說，就是古代工匠按照傳統(tǒng)的配方進(jìn)行陶瓷燒制，但是燒出來的某些陶瓷與以往的不一樣。

古人對(duì)窯變有很多的記載。如《清波雜志》說：“饒州景德鎮(zhèn)，大觀間有窯變，色紅如朱砂。物反常為妖，窯戶亟碎之?！本枚弥?，窯戶們反而發(fā)現(xiàn)其形態(tài)極美，或如燦爛云霞，或如春花秋云，或如大海怒濤，或如萬(wàn)馬奔騰，因而被視為藝術(shù)瓷釉為人們所欣賞。如宋代河南禹縣鈞窯生產(chǎn)的銅紅窯變，可謂變化莫測(cè)，鬼斧神工。

 “窯變”是瓷器在燒制中產(chǎn)生的不確定性產(chǎn)物。有些陶瓷的顏色十分炫目，而且古代工匠似乎也無法控制這種情況的發(fā)生，但是為什么會(huì)出現(xiàn)這種窯變情況，當(dāng)時(shí)的人沒有能力去解開謎團(tuán)，其形成機(jī)理長(zhǎng)期以來缺乏研究。

羅宏杰介紹說，事實(shí)上，古陶瓷的窯變的核心是釉顏色的變化，所謂釉就是陶瓷制品表面的無色或有色的玻璃質(zhì)薄層，一般是用礦物原料（長(zhǎng)石、石英、滑石、高嶺土等）和原料按一定比例配合（部分原料可先制成熔塊）。經(jīng)過研磨制成釉漿，施于坯體表面，經(jīng)一定溫度煅燒而成。但是在高溫下，釉內(nèi)部會(huì)發(fā)生一些結(jié)構(gòu)變化，這是產(chǎn)生窯變的根本原因。

這種變化是一種分相變化，之前的玻璃體是透明均一的，但是在一定高溫和外部條件下，玻璃體內(nèi)會(huì)分出許多小團(tuán)簇，就相當(dāng)于水中出現(xiàn)了大量的油滴，并且均勻地混合在一起，這會(huì)使得釉內(nèi)部的化學(xué)組成進(jìn)行重新分配。當(dāng)分相的單元在空間規(guī)則或近規(guī)則排布時(shí)，就形成了當(dāng)今科技界的研究熱點(diǎn)之一的光子晶體、或非晶光子晶體材料。

光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。羅宏杰介紹說，光子晶體具有波長(zhǎng)選擇的功能，可以有選擇地使某個(gè)波段的光通過而阻止其它波長(zhǎng)的光通過其中。

通俗來說，也就是通過結(jié)構(gòu)產(chǎn)生物理著色，物理著色和化學(xué)著色劑無關(guān)，單純和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)系，在特定的結(jié)構(gòu)中，有些波長(zhǎng)光被完全吸收了，有些波長(zhǎng)的光被加強(qiáng)了。

這種現(xiàn)象在自然界中也經(jīng)常出現(xiàn)，比如我們會(huì)發(fā)現(xiàn)有些鳥特別漂亮，但如果單單觀察它的一根羽毛，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)并沒有什么特別之處，產(chǎn)生艷麗之色的其實(shí)是鳥羽毛上特殊的自然光子晶體結(jié)構(gòu)。

所以古陶瓷的窯變顏色，其實(shí)就是光線進(jìn)入到陶瓷光子晶體非晶光子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)色和釉中化學(xué)元素著色的復(fù)合體。

在產(chǎn)業(yè)中有諸多應(yīng)用

羅宏杰教授團(tuán)隊(duì)成功利用古陶瓷分相-析晶及結(jié)構(gòu)呈色原理，研發(fā)了低溫快燒自生分相-微晶乳濁釉、礦渣仿古窯變瓷釉，以及由SiO2等微球自組裝形成的光子或非晶光子晶體色料，所開發(fā)的技術(shù)已成功應(yīng)用于現(xiàn)代瓷釉生產(chǎn)中，古為今用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

羅宏杰告訴記者，目前他和他陜西科技大學(xué)的同事正在從事非晶光子晶體色料的研究工作。這種色料不需要著色劑的特殊“色料”，不但可以作為傳統(tǒng)陶瓷的裝飾“色料”，而且比傳統(tǒng)色料具有更好的視覺效果；和中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽所研究團(tuán)隊(duì)利用瓷釉分相原理，開發(fā)無需乳濁劑的乳濁釉。

乳濁現(xiàn)象在我們?nèi)粘Ｉ钪泻艹Ｒ?，比如牛奶就呈現(xiàn)出一種乳濁現(xiàn)象，我們的眼睛無法透過這一層層乳液，看到液體的底部。

而我們?nèi)粘Ｓ玫南茨樑琛F(xiàn)代廁所中的臺(tái)盆和座便器之所以看上去潔白干凈，也是利用了乳濁原理，生產(chǎn)企業(yè)會(huì)在陶瓷透明釉中間加了很多硅酸鋯顆粒，攪合均勻后，硅酸鋯就讓透明釉產(chǎn)生了乳濁現(xiàn)象，蓋住了底色不太好看的陶瓷本色。

硅酸鋯的原砂為鋯英石，在中國(guó)這種原料比較稀缺，我國(guó)高檔硅酸鋯的原砂主要為進(jìn)口的澳洲優(yōu)質(zhì)鋯英砂，有些科學(xué)家還認(rèn)為硅酸鋯有一定的放射性。

羅宏杰的團(tuán)隊(duì)利用古陶瓷中獲得的特殊結(jié)構(gòu)模式，調(diào)整玻璃的結(jié)構(gòu)和成分，以強(qiáng)化瓷釉分相結(jié)構(gòu)中的界面折射率差，產(chǎn)生可以替代硅酸鋯的異相顆粒，產(chǎn)生相似的乳濁效果。目前該項(xiàng)成果已經(jīng)在很多企業(yè)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

古陶瓷是潛在的寶庫(kù)

之所以能夠在產(chǎn)業(yè)界獲得如此重要的技術(shù)突破，和羅宏杰團(tuán)隊(duì)幾十年來傾力打造古陶瓷的大數(shù)據(jù)庫(kù)有緊密關(guān)聯(lián)。

羅宏杰說，在對(duì)古陶瓷的研究中，我們發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)、不同時(shí)代，不同窯口古陶瓷具有不同的特點(diǎn)，從上世紀(jì)80年代開始，我們就著手建設(shè)中國(guó)古陶瓷建立標(biāo)準(zhǔn)的科技譜，建立了古陶瓷綜合斷代斷元分析方法，建立了鑒定的規(guī)范體系，這套綜合分析方法包括研究陶瓷的化學(xué)組分，纖維結(jié)構(gòu)、燒成溫度、光譜信息和器型結(jié)構(gòu)和顏色，在鑒定中還注意保存原始陶瓷片，這些原始陶瓷片都來自全國(guó)各地的考古發(fā)掘團(tuán)隊(duì)。這樣的研究模式可以讓古陶瓷研究更加客觀化和科學(xué)化。

本世紀(jì)初，羅宏杰的科研團(tuán)隊(duì)還曾經(jīng)為國(guó)家司法部門提供鑒定服務(wù)，也為考古部門提供古陶瓷斷元斷代的鑒定服務(wù)。

羅宏杰的團(tuán)隊(duì)在上世紀(jì)90年代初專門建立了針對(duì)古陶瓷的多元統(tǒng)計(jì)分析的軟件，利用古陶瓷大數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的大量樣本，開展更加深入的研究工作，他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)了一系列中國(guó)古陶瓷發(fā)展演變的規(guī)律，窯變機(jī)理的應(yīng)用是其中的重大應(yīng)用。

今天，他的團(tuán)隊(duì)還在致力于做更大樣本、更多信息的古陶瓷數(shù)據(jù)庫(kù)，并致力于數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)的建立，以幫助全國(guó)更多單位的古陶瓷數(shù)據(jù)庫(kù)，大家能在一個(gè)語(yǔ)境下共享、共用數(shù)據(jù)庫(kù)，打破數(shù)據(jù)“千島湖”，為大數(shù)據(jù)的應(yīng)用鋪平道路。

未來的古陶瓷鑒定的發(fā)展路徑可能和中醫(yī)現(xiàn)代化相似。羅宏杰說，中醫(yī)原來有號(hào)脈、觀相、看舌苔等方法，現(xiàn)在中醫(yī)發(fā)展了數(shù)字化模式，將中醫(yī)看病的各個(gè)過程用儀器和參數(shù)表達(dá)出來。未來古陶瓷鑒定將與高科技攜手向前，逐步走向?qū)⒐盘沾善餍汀⒓y飾、顏色等外觀信息數(shù)字定量化，并與古陶瓷多種內(nèi)在科技信息相結(jié)合，利用大數(shù)據(jù)分析的方法，科學(xué)而客觀地給出古陶瓷的地域歸屬（斷源）、時(shí)代歸屬（斷代）以及真?zhèn)握鐒e（鑒定）。另外，其中的古陶瓷器型結(jié)構(gòu)的可解釋性簡(jiǎn)化方法，必將支撐考古學(xué)中的“類型學(xué)”研究，也可為器型結(jié)構(gòu)變化與文明關(guān)系的研究帶來更多的科學(xué)方法。

在羅宏杰看來，古陶瓷是一個(gè)還沒有被充分挖掘的寶庫(kù)，我們可以向千百年前的故人學(xué)習(xí)，古為今用，證實(shí)歷史和補(bǔ)充歷史，把中國(guó)文明梳理清楚，也可以將古陶瓷中研究成果應(yīng)用于現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)中，開發(fā)出高質(zhì)量、低成本的陶瓷產(chǎn)品。

做好文物保護(hù)，將更脆弱古陶瓷完整交給子孫

大家經(jīng)常可以通過各種渠道獲悉，某某彩繪陶器文物出土?xí)r很快受損、某某陶器出現(xiàn)粉化等等。

羅宏杰團(tuán)隊(duì)在研究古陶瓷的同時(shí)，非常重視脆弱性古陶瓷的保護(hù)工作。

在描述這方面工作時(shí)，羅宏杰興奮地說，從某種意義上說，我們是文物醫(yī)生。給文物治病時(shí)，我們必須首先了解文物是什么（即文物是由什么材料“組成-結(jié)構(gòu)-性能”的關(guān)系），其次要了解文物病害的形成機(jī)理，再就是要依據(jù)文物的病害有針對(duì)性地研制保護(hù)文物的藥品，最后還要研制其中所設(shè)計(jì)的治療技術(shù)、檢測(cè)裝備等等。

在這個(gè)領(lǐng)域的工作中，羅宏杰團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種薄荷醇類臨時(shí)固性材料。

在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)這些材料分別以液、霧、氣等形態(tài)進(jìn)入文物體內(nèi)并覆蓋文物表面時(shí)，能有效提高文物強(qiáng)度、保持文物完整形貌，協(xié)同VO2智能溫控材料共同降低環(huán)境突變對(duì)文物的毀滅性損害，在后續(xù)保護(hù)前又能從文物中可控?fù)]發(fā)、無殘留、不損害文物，且不受地域、氣候、季節(jié)的影響。這些材料在搶救性保護(hù)文物方面所表現(xiàn)出的有效性、安全性、可控去除性、應(yīng)用便捷性等綜合性能，均優(yōu)于國(guó)際主流材料。

薄荷醇類臨時(shí)固性材料簡(jiǎn)單易得，成本很低，效果良好。一經(jīng)推出后，立刻風(fēng)靡了整個(gè)中國(guó)考古界，70多個(gè)考古工地都采用了該項(xiàng)技術(shù)，累計(jì)搶救了幾千件文物。

最近，他們科研團(tuán)隊(duì)還在研究被稱為文物癌癥的“鹽害”的成因與預(yù)報(bào)方法、設(shè)計(jì)合成更多的文物保護(hù)新材料和新技術(shù)。