从商代恢弘的青铜神树，到唐代绚丽的鎏金双狮纹银碗，再到明代新潮的钢铁结构建筑灵沼轩……一件件或大或小的金属文物是中华文明璀璨历史的证明与结晶。但这些金属文物的材质化学性质活泼，在自然环境中容易腐蚀劣化。

监测腐蚀状态、抑制腐蚀发生、清理文物锈蚀部分等工作一直是保护金属文物的重点、难点，需要关注的问题诸多，包括但不限于：如何在不破坏文物的情况下得到和其腐蚀相关的精确数据？对于不可移动的大型文物，该怎么在实验室外进行腐蚀情况检测？文物表面形状各异，什么样的检测仪器适用范围能更广？

在今年的第三届“文物科技创新论坛”上，北京大学考古文博学院胡钢副教授展示的一支“神奇画笔”给了这些问题新的解答。这种长度仅有十几厘米的“电化学性质检测笔式探头”，不仅能更加便捷、快速、无损地在多种环境下进行金属文物的电化学性质的检测，甚至还能以“还原”的方式处理某些文物上的锈蚀。

“笔尖轻点”

获取金属文物电化学性质数据

光看外形，这种新型的电化学性质检测探头几乎和粗笔触的马克笔没什么两样，但其实它细细的笔身里装的可不是颜料。

形似马克笔的多种规格笔式探头

如果将它的外层保护壳拿掉，可以看到辅助电极、参比电极和预先注入的凝胶电解质。科研人员可以通过笔头接触金属文物粗糙锈蚀表面，探测到其电化学参数。

据胡钢介绍，金属文物在自然环境中腐蚀主要为电化学腐蚀过程。在这一过程中，电流流动与离子传导等一系列行为决定了材料的腐蚀速度，想要对金属文物现有腐蚀状态和保护效果进行评估，就需要对完整电极行为进行判断研究，充分解读其腐蚀电化学过程的每一个环节。因此对文物材料电化学性质的检测，是诊断金属文物腐蚀成因，研究其腐蚀机理，评估其保护、修复效果最直接有效的方法。

在传统的溶液体系电化学测试中，需要对文物基体进行有损取样，才能构建出三电极系统以获取材料样品的电化学参数，这很大程度限制了电化学技术在金属文物腐蚀研究上的拓展应用。而本次展示的这种笔式探头可以通过直接接触文物构建出三电极系统，完成原位无损或微损的检测，获得确定的检测电极面积和稳定的电化学数据。

适用范围广阔

可参与到各类金属文物保护修复的多个环节

在过去的两年多时间里，胡钢带领贾明浩、胡沛等博士研究生团队，从多维度地进行试验研究，从光泽的金属表面到带锈的金属表面，从固态的凝胶到液态的凝胶，并尝试多种电极的布局方式，一步步对探头进行改进突破，获得各方参数，解决了探头内电极分布、文物带锈表面随行、检测信号稳定等一系列问题，让这款笔式探头具备了接界电势小、保水能力强、尺寸柔性稳定等亮眼优点。

而后，在胡钢团队通过笔式探头进行的极化曲线测试、电化学阻抗谱测试、电化学噪声测试等试验中，这种探头都能提供不错的基础数据，为评估金属文物腐蚀状态和保护效果提供更科学具体的依据。

胡钢表示，轻巧便携的笔式探头可以参与到金属文物保护、修复的各个环节，比如清洗脱盐、缓蚀、加固、封护、检测评估等，其“苗条的身形”还有助它适配大大小小、形状各异的文物。而且理论上不管是钢铁、金银还是青铜，只要是金属的文物，在开路电位参数稳定且指标明确后，都能够用这种笔式探头进行电化学性质的检测。

值得一提的是，如果要检测面积较大的文物“锈迹”，这只笔头细小的笔式探头是否就无能为力了呢？对此胡钢认为并不用担心，“如果以后有这样的需求，基本上直接将笔式探头的结构放大就行。我们对它的技术很有信心，它连小面积的电化学信号都能准确捕捉，更大面积的有效信号也是很有希望实现的。”

原位无损检测+还原

解决金属文物腐蚀问题有了新方法

目前胡钢团队已经和国内多家博物馆合作，用此探头对各类金属文物开展了测试，从四川“江口沉银”遗址的银器银饰，到北京故宫灵沼轩的钢铁建筑结构，这种笔式探头都有“用武之地”。

在新文物的发掘保护中，这支小小的探头也已经发挥了大作用。报告上，胡钢介绍了团队的笔式探头助力我国南宋古船“南海一号”上铁锅文物保护监测的案例。

现场测试场景

他提到，在发掘“南海一号”出水铁锅后，因为团队充分利用了探头进行检测，并合理地使用了得到的数据进行分析，使文物保护研究人员得以明确筛选保护材料，高效开展保护修复工作，在较短的时间内控制住了铁锅因氧化腐蚀而导致的粉化开裂现象，有效地将它们稳定保存了起来，“如果不重点关注，这类文物在短期内就可能脆化粉化了。”

此外，采访中胡钢还告诉记者，团队研发的笔式探头不仅仅能测出金属文物的电化学性质，还能对文物某些腐蚀产物进行“还原处理”，“比如青铜文物上的有害锈，我们可以通过将接触‘锈迹’的笔头通电的方法，让锈蚀的结构发生变化，实现其化学性质的还原。”