Terahertz‐Zeitbereichsspektroskopie – Perspektivische Methode der zerstörungsfreien Strukturanalyse für den Erhalt von Kunst‐ und Kulturgut

Exponierte Kulturgüter sind stetigen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die zu irreversiblen Schädigungen bis hin zum Totalverlust vor allem von kunst- und kulturhistorisch wertvollen Oberflächen führen. Die Schadensbilder wie Schalenbildung, Hohlräume oder feine Rissbildung bei Wandmalereien oder Natursteinobjekten sind häufig optisch nicht sichtbar, sie liegen unter der Oberfläche. Mit Blick auf die Langzeiterhaltung von wertvollen originalen Oberflächen ist es daher wichtig, präventive Maßnahmen durch genaue Analyse des Materialgefüges festlegen zu können. Nur so können Objekte vor der irreversiblen Zerstörung in ihrer Gesamtheit bewahrt werden. Im Umgang mit wertvollen Kunst- und Kulturgütern soll dies auch nach Vorgaben der Denkmalpflege nichtinvasiv geschehen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Terahertz-Zeitbereichspektroskopie (THz-TDS) als zerstörungs- und berührungsfreies Analyseverfahre zur Überprüfung der Schadensbilder und Materialablösung an historisch relevantem Kunst- und Kulturgut erfolgreich umgesetzt. Erstmalig erforscht wurde die Einsetzbarkeit der THz-TDS sowohl als Verfahren zur bildgebenden Auflösung struktureller Entfestigungen im Tiefenbereich als auch als Monitoringverfahren bezüglich der Überprüfbarkeit von Restaurierungs- und Konservierungsmaßnahmen an Naturstein- und Wandmalereiobjekten. Bis dato gab es in der Restaurierungswissenschaft und -praxis für die untersuchten Materialablösungen und Überprüfung von Maßnahme keine berührungs- und/oder zerstörungsfreien technisch unaufwendigen Methoden mit hoher Ortsauflösung im Tiefenbereich. Durch die Nutzung der Terahertz-Zeitbereichspektroskopie konnte gezeigt werden, dass mit ihr anders als die in der Restaurierungspraxis eingesetzten Verfahren kleinste Ablösungen methodisch im Submillimeter-Bereich exakt zu detektieren, zu vermessen und bildgebend darzustellen sind. An allen untersuchten Materialien und Objekten, erstmalig sogar an Naturstein, glasiertem Terrakotta und Wandmalereien im Außenbereich, wurden die Analysen praxisorientiert umgesetzt. Neben den anvisierten praxisorientierten Messungen an Naturstein, glasierten Terrakotten, Wandmalereiobjekten und Holz wurden im Vorfeld Charakterisierungen der dielektrischen Parameter in der THz-Strahlung vorgenommen. Datenbanken, die Grundlagen für weitere Untersuchung in den jeweiligen Materialgruppen bilden, wurden zusammengefasst und stehen nun der Forschung zur Verfügung.Cultural heritage is constantly exposed to environmental influences that lead to irreversible damage or even total loss, especially of surfaces that are valuable in terms of art and cultural history. Damage such as peeling, cavities or fine cracks in wall paintings or natural stone objects are often not visually visible, they lie beneath the surface. With a view to the long-term preservation of valuable original surfaces, it is therefore important to be able to determine preventive measures through precise analysis of the material structure. Only in this way, objects can be saved from irreversible destruction in their entirety. When dealing with valuable art and cultural assets, this should also be done non-invasively according to the cultural heritage preservation. In the present work, terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) was successfully implemented as a non-destructive and non-contact analysis method for checking damage patterns and material detachment on historically relevant art and cultural property. For the first time, the applicability of THz-TDS was investigated both as a method for the imaging resolution of structural softening in the depth range and as a monitoring method with regard to the verifiability of restoration and conservation measures on natural stone and wall painting objects. Until now, there have been no contact-free and/or non-destructive, technically inexpensive methods with high spatial resolution in the depth range in restoration science and practice for the investigated material detachments and verification of measures. By using terahertz time-domain spectroscopy, it was possible to show that, in contrast to the methods used in restoration practice, it can be applied to precisely detect measure and image the smallest detachments in the sub-millimeter range. The analyses were carried out in a practice-oriented manner on all the materials and objects examined, for the first time even on natural stone, glazed terracotta and facade painting. In addition to the envisaged practice-oriented measurements on natural stone, glazed terracotta, facade painting objects and wood, characterizations of the dielectric parameters in the THz radiation were carried out in advance. Databases that form the basis for further investigation in the respective material groups were compiled and are now available for research