ISSN：1005-1538 CN：31-1652
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唐韩休墓玄武图颜料表面特征及加固材料对其色度的影响

  • 孟元亮1,2

    机 构：

    1. 陕西历史博物馆,陕西西安 710061

    2. 馆藏壁画保护修复与材料科学研究国家文物局重点科研基地(陕西历史博物馆),陕西西安 710061

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  • ， 高小超1,2

    机 构：

    1. 陕西历史博物馆,陕西西安 710061

    2. 馆藏壁画保护修复与材料科学研究国家文物局重点科研基地(陕西历史博物馆),陕西西安 710061

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  • ， 王佳1,2

    机 构：

    1. 陕西历史博物馆,陕西西安 710061

    2. 馆藏壁画保护修复与材料科学研究国家文物局重点科研基地(陕西历史博物馆),陕西西安 710061

    ×
  • ， 金紫琳1,2

    机 构：

    1. 陕西历史博物馆,陕西西安 710061

    2. 馆藏壁画保护修复与材料科学研究国家文物局重点科研基地(陕西历史博物馆),陕西西安 710061

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1. 陕西历史博物馆,陕西西安 710061；
2. 馆藏壁画保护修复与材料科学研究国家文物局重点科研基地(陕西历史博物馆),陕西西安 710061；

Research on the surface conditions and the impact of reinforcing materials applied on the Xuan Wu mural paintings of the tomb of Han Xiu

  • MENG Yuanliang1,2

    Affiliation：

    1. Shaanxi History Museum, Xi’an 710061 , China

    2. Key Scientific Research Base of Mural Painting Conservation & Material Research (Shaanxi History Museum),State Administration for Cultural Heritage, Xi’an 710061 , China

    ×
  • ， GAO Xiaochao1,2

    Affiliation：

    1. Shaanxi History Museum, Xi’an 710061 , China

    2. Key Scientific Research Base of Mural Painting Conservation & Material Research (Shaanxi History Museum),State Administration for Cultural Heritage, Xi’an 710061 , China

    ×
  • ， WANG Jia1,2

    Affiliation：

    1. Shaanxi History Museum, Xi’an 710061 , China

    2. Key Scientific Research Base of Mural Painting Conservation & Material Research (Shaanxi History Museum),State Administration for Cultural Heritage, Xi’an 710061 , China

    ×
  • ， JIN Zilin1,2

    Affiliation：

    1. Shaanxi History Museum, Xi’an 710061 , China

    2. Key Scientific Research Base of Mural Painting Conservation & Material Research (Shaanxi History Museum),State Administration for Cultural Heritage, Xi’an 710061 , China

    ×

1. Shaanxi History Museum, Xi’an 710061 , China；
2. Key Scientific Research Base of Mural Painting Conservation & Material Research (Shaanxi History Museum),State Administration for Cultural Heritage, Xi’an 710061 , China；

作者简介:

孟元亮(1987—),女,2013年硕士毕业于加拿大特伦特大学材料学专业。研究方向为馆藏壁画保护、修复材料的应用及研究,E-mail:79430639@qq.com

中图分类号:K878.8

文献标识码:A

文章编号:1005-1538(2021)06-0028-09

DOI:10.16334/j.cnki.cn31-1652/k.20200201670

参考文献 1
严静,刘呆运,赵西晨,等.唐韩休墓壁画制作工艺及材质研究[J].考古与文物,2016(2):117-127.YAN Jing,LIU Daiyun,ZHAO Xichen,et al.Study of technology and research on material of Hanxiu mural painting of Tang Dynasty[J].Archaeology and Cultural Relics,2016(2):117-127.
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参考文献 2
郭瑞,赵凤燕,冯健,等.西安出土唐墓壁画黄色颜料的分析研究[J].文物保护与考古科学,2019,31(6):62-70.GUO Rui,ZHAO Fengyan,FENG Jian,et al.Study of yellow pigments used for Tang Dynasty mural paintings in Xi’an[J].Sciences of Conservation and Archaeology,2019,31(6):62-70,
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参考文献 3
石美风,任建光,张秉坚,等.山西忻州九原岗北朝墓葬壁画颜料及颜色变化分析[J].文物保护与考古科学,2018,30(1):18-24.SHI Meifeng,REN Jianguang,ZHANG Bingjian,et al.Studies on the color changes and pigments of the tomb murals of the Northern Dynasties in Jiuyuangang,Shanxi[J].Sciences of Conservation and Archaeology,2018,30(1):18-24.
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参考文献 4
张虎勤,廖光熙,周铁,等.汉代陶俑彩绘颜料表征分析[J].文物保护与考古科学,2010,22(1):21-25.ZHANG Huqin,LIAO Guangxi,ZHOU Tie,et al.Analysis of surface pigment feature in Han Dynasty terra-cotta figures[J].Sciences of Conservation and Archaeology,2010,22(1):21-25.
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参考文献 5
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参考文献 6
苏伯民,张化冰,谈翔,等.高分子材料应用于莫高窟壁画保护的历史、现状与研究[J].敦煌研究,2018(1):80-84.SU Bomin,ZHANG Huabing,TAN Xiang,et al.The history,research findings,and current condition of polymeric materials used in the conservation of murals in the Dunhuang Mogao Grottoes[J].Dunhuang Research,2018(1):80-84.
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参考文献 7
樊再轩,斯蒂文·里克比,丽莎·舍克德,等.敦煌莫高窟第85窟壁画修复技术研究[J].敦煌研究,2007(5):16-21.FAN Zaixuan,RICKERBY S,SHEKEDE L,et al.The technique measurement for repairing the mural-paintings in Cave 85 at Mogao Grottoes[J].Dunhuang Research,2007(5):16-21.
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参考文献 8
苏伯民,张化冰,蒋德强,等.壁画保护材料纯丙水溶液的性能表征[J].涂料工业,2014,44(2):54-59.SU Bomin,ZHANG Huabing,JIANG Deqiang,et al.Study and characterization on properties of pure acrylic emulsion used as mural paintings conservation materials[J].Painted & Coatings Industry,2014,44(2):54-59.
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参考文献 9
苏伯民,李茹.三种加固材料对壁画颜色的影响[J].敦煌研究,1996(2):171-179.SU Bomin,LI Ru.Research on 3 types of reinforcing materials on the mural painting pigments[J].Dunhuang Research,1996(2):171-179.
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参考文献 10
范宇权,李最雄,于宗仁,等.修复加固材料对莫高窟壁画颜料颜色的影响[J].敦煌研究,2002(4):45-56.FAN Yuquan,LI Zuixiong,YU Zongren,et al.The effect of color change by the application of conservation materials in restoration and consolidation in grottoes[J].Dunhuang Research,2002(4):45-56.
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参考文献 11
EBNER M.Color constancy[M].New Jersey:John Wiley & Sons Inc,2007.
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参考文献 12
苏伯民,胡之德,李最雄.敦煌壁画中混合红色颜料的稳定性研究[J].敦煌研究,1996(3):149-187.SU Bomin,HU Zhide,LI Zuixiong.A study of the mixed pigments used in the wall paintings of Dunhuang[J].Dunhuang Research,1996(3):149-187.
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目录contents

    摘要

    韩休墓壁画作为典型的唐代墓葬壁画,其颜料表征及加固剂对色度的影响亟待研究。使用基恩士VHX-5000超景深三维显微系统、X-rite VS450色度仪等检测仪器对韩休墓出土的玄武图残块进行了表面观察,同时分析了两种加固剂对其色度的影响。研究发现玄武图中黄色颜料为钒铅矿与铅丹混合使用,铅丹氧化产生的碳酸铅在实验室环境下被进一步氧化为氧化铅。色度方面,研究表明实验室目前使用的两种加固剂对壁画中出现的5种颜色色度影响ΔE值不超过4.33,符合良好标准。

    Abstract

    In this study, the Keyence VHX-5000 ultra-depth three-dimensional spectrophotometirc system, the X-rite VS450 colorimeter and other related instruments were used to conduct surface observations and chromaticity monitoring on samples of Xuan Wu mural painting unearthed from the Tang Dynasty tomb of Han Xiu. The study found that the yellow pigment in the mural is a mixture of vanadium-lead ore and lead. The lead carbonate produced by the oxidation of lead in the tomb was further oxidized to lead oxide in the laboratory environment. With regard to chromaticity, research shows that the ΔE value, which shows the difference in chromaticity before and after reinforcement, is around 4.33, which is within acceptable standards.

  • 0 引言

  • 随着科学技术的发展及人们对文化遗产保护的重视,近年来多种分析仪器被广泛运用于壁画颜料层的研究中。严静等利用显微分析等技术对韩休墓中出土壁画所使用的几种颜料进行了定性分析[1]。郭瑞等通过偏光显微分析、拉曼光谱、扫描电镜能谱及X射线衍射分析确定了西安4座唐代墓葬壁画中黄色颜料成分[2]。石美风等研究了山西九原岗北朝壁画颜料及颜色变化[3]。张虎勤等采用色度仪、密度仪及显微镜分析法对汉代陶俑彩绘颜料表征进行了细致的监测研究,构建了球体色度容差评估模型[4]。马珍珍等使用超景深显微镜、X射线衍射、扫描电镜等分析仪器,研究了乾陵等7座陕西唐墓壁画的白灰层[5]。另一方面,专家对几种高分子加固材料的性能及其对彩绘壁画颜料色度的影响进行了细致的研究[6-10],其中苏伯民等研究了聚醋酸乙烯水溶液、丙烯酸水溶液和Paraloid三种加固材料对敦煌壁画中常见的9种颜料的影响[9];范宇权等通过模拟样块实验,研究了几种加固材料对莫高窟干燥环境中壁画颜料颜色的影响[10],韩休墓壁画作为典型的唐代墓葬壁画,其表征及加固剂对色度的影响也亟待研究。

  • 1 原理及实验

  • 1.1 取样

  • 唐韩休墓中共出土壁画43.17m2,均以黄、黑、红三色为主色,墓室北壁的玄武图长190cm,宽173cm,发现时已遭到破坏。为了研究韩休墓玄武图壁画颜料,抢救性揭取壁画时,被犯罪分子破坏的、散落在画面下方的壁画碎片被收集编号,作为本次研究的样品,接受超景深显微成像、色度测定与粉晶X衍射等相关检测。样品编号见表1。编号中B:黑色,R:红色LY:浅黄色,Y:深黄色,W:白色。

  • 1.2 色度色差原理

  • CIE(International Commission on Illumination)是国际照明委员会的简称。CIE Lab是一种无关设备的颜色体系。Lab模式由CIE于1976年公布,是指基于CIE Lab颜色系统之上,用数值信息确定某个颜色。CIE Lab是CIE组织确定的一个理论上包括了人眼可见的所有色彩的色彩模式。Lab颜色模型由三个要素组成,一个要素是亮度(L),取值范围是[0,100],表示从纯黑到纯白;a*和b*是两个颜色通道。a *表示从红色到绿色的范围,取值范围是[127,-128];b *表示从黄色到蓝色的范围,取值范围是[127,-128][11]。L,a *,b *所构成的三维空间称为色空间,在色空间中以标准色的L,a *,b *值定位,以色差值ΔE为半径构建容差球模型,待测点位置在球内则表明符合标准;球外表示色差超过临界值。ΔE=(ΔL)2+Δa*2+Δb*2,数值越高色差越明显,通过ΔE值可以评估壁画颜料保存状况。参考相关研究中所给出的ΔE容差值评价标准[4,10],本研究给出容差值评价标准如表2。

  • 表1 韩休墓玄武图样块列表

  • Table1 Samples of the Xuan Wu mural paintings of the tomb of Hanxiu

  • (续表1)

  • 表2 ΔE容差值评价标准

  • Table2 ΔE tolerance evaluation standard of pigments on sample

  • 1.3 加固材料的选择

  • 唐墓壁画颜料层加固材料的选择对壁画保护尤为重要,加固材料要在保证不影响壁画本身色度的同时足够稳定且具有可再处理性。陕西历史博物馆自20世纪80年代起对多种天然及合成的材料进行了筛选,修复经验和实践表明:Primal AC33和Ca(OH)2悬浮液作为处理壁画起甲、酥碱等病害的加固材料,其性质稳定不与壁画本体发生反应,加固后画面不出现眩光,且具有可再处理性,加固效果理想。因此,本次研究采取实验室通常用以加固壁画的3%AC33水溶液和用于处理严重酥碱壁画的5%AC33+Ca(OH)2悬浮液两种加固剂作为试验对象,通过CIE Lab数值系统分析,解析其对于壁画色度的影响。

  • 1.4 实验步骤

  • 此次研究使用基恩士VHX-5000超景深三维显微系统,VH-Z20R镜头,倍率范围20~200倍,拍摄照片尺寸为标准(1 600×1 200),采用自动对焦与四分屏模式。研究使用的X-rite VS450带光泽测量的非接触分光光度仪,采用45/0°几何光学结构设计,使用全光谱LED灯,光谱范围400~700nm,光谱间隔10nm测量,10nm输出,测量范围0~150%反射率,可测量60°相关光泽值。其具有万向结构特点,可不接触待测物体表面,具有较高的稳定性和精度。

  • 由于黄色颜料成分较为复杂,在超景深显微拍照后,深黄与浅黄两组样块被送往国土资源部西安矿产资源监督检测中心,进行粉晶X衍射物相半定量分析与能谱分析。

  • 色度方面,被测试样块来自于玄武图碎片,其色度能够代表玄武图真实色度数据,选择在样块上点涂实验室两种加固材料,其色度变化可以反映该加固材料在修复过程中,对于壁画病害部位颜料色度影响。具体操作如下:首先对样块进行基本色度测量,随后将样块分为两组并进行编号。组1样块用于3%AC33加固对颜料色度影响的检测。使用干净的毛笔蘸取配置好的浓度为3%的AC33水溶液,将其轻点涂于样块表面,待水溶液充分渗透后开始连续性色度监测。由于加固水溶液干燥较慢,故采取测量时间间隔20min,连续监测24h。实验室在加固壁画酥碱较为严重的位置时,通常首先使用Ca(OH)2悬浮液进行渗透加固,随后使用5%AC33进一步加固。因此,组2的样块首先使用干净毛笔蘸取Ca(OH)2悬浮液进行润湿,再点涂5%AC33,待样块稍加干燥后进行连续监测24h,每次测量间隔时间20min。

  • 2 结果与讨论

  • 2.1 超景深显微成像

  • 超景深显微成像结果如表3所示。玄武图壁画在地下曾经被水浸泡过,并且存在裂隙、盐霜、酥碱等病害,揭取后由于保存得当,并没有出现二次病害。通过显微观测分析以及前人实验结果[1],判断黑色为炭黑,红色为赤铁矿。黄色颜料成分较为复杂,检测结果见图1~4。首先,浅黄色样块呈现出浅黄与橘黄两种颜色,其粉晶X衍射结果主要成分为Pb3O4,且能谱分析中可见一定量的V元素。其次,深黄色颜料也可见一定量浅黄色,粉晶X衍射结果主要成分为PbCO3与Pb3O4,并且出现大量的黑色颗粒,能谱分析中除V元素外还可见Fe元素,同时存在白色析出晶体。严静等研究分析指出,浅黄色颜料为钒铅矿Pb5(VO4)3Cl,深黄色为铅丹(Pb3O4)[1],与观测结果相符。敦煌研究院研究指出铅丹在潮湿环境中容易变为碳酸铅,但墓室中缺氧,并不会进一步氧化[12]。因此,深黄色样块上大量的黑色颗粒应为壁画从墓室环境转移到实验室后,环境不再缺氧,碳酸铅被进一步氧化为黑色的氧化铅(PbO2)。浅黄色颜料与深黄色颜料混合出现的原因可能是在绘画过程中,既使用了钒铅矿,又使用了铅丹。浅黄色由于加入的铅丹较少,产生的碳酸铅较少,因此并未出现大量黑色的氧化铅产物;深黄色颜料铅丹成分较高,因此可以明显看到氧化铅颗粒。深黄色颜料能谱中出现了一定量的Fe元素,浅黄色中并不见,可能因为在调色过程中加入了赤铁矿,也有可能是深黄色取样部分靠近画面边缘红色颜料部分造成的。铅丹氧化生成氧化铅过程如下:

  • Pb3O4⟶H2OPb(OH)2⟶CO2PbCO3⟶O2PbO2

  • 表3 超景深显微成像

  • Table3 Images and descriptions of field video microscopy

  • (续表3)

  • 图1 浅黄色颜料LY1粉晶X衍射结果

  • Fig.1 Powder crystal XRD pattern of Sample LY1

  • 图2 深黄色颜料Y1粉晶X衍射结果

  • Fig.2 Powder crystal XRD pattern of Sample Y1

  • 图3 浅黄色样块LY1EDS

  • Fig.3 EDS result of Sample LY1

  • 图4 深黄色样块Y1EDS

  • Fig.4 EDS result of Sample Y1

  • 2.2 加固材料对壁画颜料色度的影响

  • 为了研究实验室常用的加固材料对壁画色度的影响,3%AC33水溶液、5%AC33+Ca(OH)2悬浮液两种材料分别被点涂于样块表面,随后在恒定温度为20.3℃,湿度为65%的实验室中进行24h连续监测,每种颜色加固前、后在三维色空间的位置变化参见图5,其色度变化具体数值见表4。

  • 表4 加固剂对壁画颜料色度的影响

  • Table4 Impact of different reinforcing materials on chromaticity

  • 分析样品黑、红、浅黄、深黄、白五种颜色的CIE Lab值有以下发现:3%AC33对白色即白灰层本身不造成任何影响;加固使得黑色和浅黄色的亮度升高,红色和深黄色的亮度降低,与加固前颜色相比较,向红和黄方向偏移,整体ΔE值小于4,认为对壁画本体色度几乎不产生影响。5%AC33+Ca(OH)2悬浮液加固后,所有颜色样块的亮度均降低,除浅黄色以外,其他颜色均向红黄色方向偏移,浅黄色则相反向蓝绿色方向偏移,ΔE值变化略大于3%AC33,但不超过4.33,对壁画颜料色度影响也较小。

  • 从图5和表4中可总结出以下几点:第一,加固剂对颜料色度产生影响,加固剂浓度越高,对色度的影响越明显,且主要影响体现在亮度L,这是由于AC33水溶液呈白色,对亮度的影响最为明显。第二,相同浓度的加固剂对深色的影响要高于浅色。第三,3%AC33水溶液作为渗透加固材料,对壁画颜料色度影响极小,白色不受任何影响,其他颜色的ΔE值维持在2~3左右,基本属于理想状态,证明该加固剂几乎不影响壁画本体色度。第四,5%AC33+Ca(OH)2悬浮液作为加固剂使用,ΔE波动范围明显高于低浓度AC33,除深黄色外,维持在2~3左右。较大的ΔE值可能由于样块表面被颜料均匀覆盖,加固的Ca(OH)2在其上形成了沉淀。在实际操作中,该混合液用来加固酥碱较严重的部位,渗透过程中,Ca(OH)2并不会在表面形成一层覆盖的沉淀,因此对ΔE的影响应远小于最大值4.33。因此,5%AC33+Ca(OH)2也是加固病害部位的一种对颜料色度影响在可接受范围内的加固剂。

  • 图5 各色样块加固后在色空间的分布(“B’”代表加固后)

  • Fig.5 3D-CIE L,a,b values of different samples before and after reinforcement(B’ represents post-reinforcement)

  • 图6 使用不同材料加固后各色样块ΔE值分布

  • Fig.6 ΔE values of samples after reinforcement by different materials

  • 3 结论

  • 本次研究使用基恩士VHX-5000超景深三维显微系统、X-rite VS450色度仪等检测仪器,对韩休墓出土的玄武图中所出现的黑、红、浅黄、深黄和白色五种壁画颜料进行了表征观察;且通过对玄武图样块色度的连续性监测,研究了实验室常用的3%AC33、5%AC33+Ca(OH)2悬浮液两种加固剂,分析其对壁画颜料色度的影响。表征观察中发现玄武图使用的浅黄色颜料为钒铅矿,深黄色颜料为铅丹,两种颜料混合使用。深黄色铅丹颜料在墓室中产生的中间产物碳酸铅,在实验室不缺氧环境下,碳酸铅被进一步氧化为氧化铅。实验室使用的两种加固材料对颜料本体色度存在影响主要体现在亮度L上。浓度越高,颜料颜色越深,影响越明显。除深黄色使用5%AC33+Ca(OH)2加固剂对颜料色度影响的ΔE最高为4.33,处于肉眼可辨外,其余影响均保持在肉眼不可见的理想范围内。但AC33作为高分子加固剂,存在老化的情况,其对颜料色度的长期影响需要通过一段时间的监测进行分析,这也为今后的研究指明了方向。

  • 参考文献

    • [1] 严静,刘呆运,赵西晨,等.唐韩休墓壁画制作工艺及材质研究[J].考古与文物,2016(2):117-127.YAN Jing,LIU Daiyun,ZHAO Xichen,et al.Study of technology and research on material of Hanxiu mural painting of Tang Dynasty[J].Archaeology and Cultural Relics,2016(2):117-127.

    • [2] 郭瑞,赵凤燕,冯健,等.西安出土唐墓壁画黄色颜料的分析研究[J].文物保护与考古科学,2019,31(6):62-70.GUO Rui,ZHAO Fengyan,FENG Jian,et al.Study of yellow pigments used for Tang Dynasty mural paintings in Xi’an[J].Sciences of Conservation and Archaeology,2019,31(6):62-70,

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    • [7] 樊再轩,斯蒂文·里克比,丽莎·舍克德,等.敦煌莫高窟第85窟壁画修复技术研究[J].敦煌研究,2007(5):16-21.FAN Zaixuan,RICKERBY S,SHEKEDE L,et al.The technique measurement for repairing the mural-paintings in Cave 85 at Mogao Grottoes[J].Dunhuang Research,2007(5):16-21.

    • [8] 苏伯民,张化冰,蒋德强,等.壁画保护材料纯丙水溶液的性能表征[J].涂料工业,2014,44(2):54-59.SU Bomin,ZHANG Huabing,JIANG Deqiang,et al.Study and characterization on properties of pure acrylic emulsion used as mural paintings conservation materials[J].Painted & Coatings Industry,2014,44(2):54-59.

    • [9] 苏伯民,李茹.三种加固材料对壁画颜色的影响[J].敦煌研究,1996(2):171-179.SU Bomin,LI Ru.Research on 3 types of reinforcing materials on the mural painting pigments[J].Dunhuang Research,1996(2):171-179.

    • [10] 范宇权,李最雄,于宗仁,等.修复加固材料对莫高窟壁画颜料颜色的影响[J].敦煌研究,2002(4):45-56.FAN Yuquan,LI Zuixiong,YU Zongren,et al.The effect of color change by the application of conservation materials in restoration and consolidation in grottoes[J].Dunhuang Research,2002(4):45-56.

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    • [12] 苏伯民,胡之德,李最雄.敦煌壁画中混合红色颜料的稳定性研究[J].敦煌研究,1996(3):149-187.SU Bomin,HU Zhide,LI Zuixiong.A study of the mixed pigments used in the wall paintings of Dunhuang[J].Dunhuang Research,1996(3):149-187.

  • 基本信息

    中图分类号: K878.8
    文献标识码: A
    DOI: 10.16334/j.cnki.cn31-1652/k.20200201670
    文章编号: 1005-1538(2021)06-0028-09

    基金信息

    引用信息

    稿件历史

    收稿日期: 2020-02-29

  • 参考文献

    • [1] 严静,刘呆运,赵西晨,等.唐韩休墓壁画制作工艺及材质研究[J].考古与文物,2016(2):117-127.YAN Jing,LIU Daiyun,ZHAO Xichen,et al.Study of technology and research on material of Hanxiu mural painting of Tang Dynasty[J].Archaeology and Cultural Relics,2016(2):117-127.

    • [2] 郭瑞,赵凤燕,冯健,等.西安出土唐墓壁画黄色颜料的分析研究[J].文物保护与考古科学,2019,31(6):62-70.GUO Rui,ZHAO Fengyan,FENG Jian,et al.Study of yellow pigments used for Tang Dynasty mural paintings in Xi’an[J].Sciences of Conservation and Archaeology,2019,31(6):62-70,

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