文物是人类历史文化的瑰宝,是不可再生、不可替代的珍贵资源。因此,对文物的保护和修复工作需要十分小心,在保护和修复之前需要清楚细致地探测文物的损伤情况,同时在检测和保护时也要注意不能带来二次伤害。所以采用完全无损伤的检测手段来探测、鉴定和保护历史文物一直是文物保护领域探索和发展的方向。
现有文物检测技术手段不能满足需求:
- 紫外、拉曼、红外等光谱技术波长短,穿透性差,只能分析物体表面
- X射线纵向分辨能力差,光子能量高
- 微波的横向分辨能力差
- 超声波对于待测物品的形状、材料等要求较多
太赫兹波(Terahertz Waves)是指频率在0.1-10THz之间的电磁波,它在电磁波谱上的位置位于毫米波和红外光波之间,因而具有很多其他频段电磁波不具备的优良特性。这也使得其在文物的无损检测领域潜力巨大。
太赫兹波不仅可以利用其相干性和光谱分辨性对于物质材料的成分进行分析,同时也可以穿透文物的表面,对文物的形状和内部结构进行成像分析,有效弥补了其他频段的检测手段的不足,为文物保护提供了多元化手段。
太赫兹无损检测是一种利用太赫兹波对材料、元件或系统进行检测、分析及评估的技术,在不损伤检测对象的前提下,获取其内部信息。
以下是关于太赫兹无损检测的详细介绍:
1、原理
太赫兹波是频率在 0.1-10THz 之间的电磁波,处于微波和红外光之间的频段,它对很多介电材料和非极性材料具有良好的穿透性,并且能够与材料中的分子振动、转动等相互作用。
当材料内部存在缺陷时,太赫兹波的反射、折射、散射等特性会发生改变,通过检测这些变化,便能实现对材料内部结构和缺陷的检测。
2、设备组成
- 太赫兹波源:如太赫兹量子级联激光器、光电导天线等,用于产生太赫兹波。
- 探测器:如热释电探测器、肖特基二极管探测器等,负责接收经过材料作用后的太赫兹波信号。
- 信号处理系统:对探测器接收到的信号进行放大、滤波、分析等操作,以提取有用信息。
3、优点
- 检测材料广泛:可以对塑料、陶瓷、复合材料、电子芯片封装材料、药品包装材料等多种材料进行无损检测。
- 检测灵敏度高:对材料内部的微小分层、空洞、裂纹等缺陷有较高的检测灵敏度,能够发现一些传统检测方法难以察觉的缺陷。
- 安全性高:太赫兹波具有低能、非电离的特性,对检测材料和人体基本没有损伤,使用过程中相对安全。
- 提供材料特性信息:能够提供材料内部的介电特性等信息,有助于深入了解材料的性质,为材料的研究和应用提供更多数据支持。
4、应用领域
- 电子材料检测:检测电子芯片封装材料内部的缺陷,确保电子器件的质量和可靠性。
- 包装材料检测:用于药品包装、食品包装等的完整性检测,以及对包装材料内部结构和成分的分析。
- 生物医学领域:在生物组织的病理变化检测、药物组成分析、生物分子和细胞的结构分析及相互作用研究等方面发挥作用。
- 航空航天领域:对航空航天复合材料、隔热材料等非金属材料的内部缺陷进行检测与质量评价,保障航天器、载荷的可靠性。
- 文物保护与文化遗产:对古代文物、艺术品等进行非破坏性分析、结构鉴定和年代测定。