困擾科學(xué)家近20年的問題已由石墨烯解決

困擾科學(xué)家近20年的問題已由石墨烯解決

然而，在西北工業(yè)大學(xué)納米能源材料研究中心，有一群對壁畫保護(hù)充滿熱情的材料科學(xué)家。他們專門研究材料科學(xué)和考古學(xué)的新研究方向，研究新材料和新技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的作用。

所以，當(dāng)材料應(yīng)用于壁畫保護(hù)時，有哪些問題可以解決近年來，先進(jìn)功能材料中心發(fā)表論文，闡述了石墨烯增強(qiáng)納米材料在壁畫保護(hù)中的研究進(jìn)展。

古籍壁畫是人類社會發(fā)展的寶貴財(cái)富。主要包括建筑壁畫、石窟壁畫和墓葬壁畫。

墓葬壁畫在時間和范圍上分布廣泛。從4200年前的石崖遺址壁畫到唐宋元明清，在數(shù)量和質(zhì)量上都發(fā)現(xiàn)了墓葬壁畫，特別是唐代的墓葬壁畫，引起了人們的極大關(guān)注。

但人類面臨的一個現(xiàn)實(shí)問題是墓葬壁畫中存在著大量的病害，亟待修復(fù)。

西北工業(yè)大學(xué)李宣華教授在接受《中國科學(xué)雜志》采訪時表示，壁畫結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)主要包括涂料層、白灰層、草泥層、磚墻層，白灰層的主要成分是碳酸鈣，隨著時間的推移，灰層逐漸消失。R易失效，造成壁畫表面損傷，需要有效的保護(hù)。

目前，壁畫保護(hù)材料主要分為有機(jī)材料和無機(jī)材料，但有機(jī)保護(hù)材料與壁畫本體的相容性較差，容易老化、脆化、發(fā)黃，力學(xué)性能下降。

同時，由于所形成的薄膜是不透水的，壁畫最終會膨脹成粉末，從而對壁畫造成不可挽回的致命破壞。

與氫氧化鈣相似的無機(jī)保護(hù)材料具有良好的相容性和抗老化性，氫氧化鈣在墻面上與空氣中的二氧化碳反應(yīng)形成碳酸鈣，與白灰層融合，從而提高白灰層的強(qiáng)度，起到保護(hù)作用。我的角色。李宣華說。

2000年，意大利學(xué)者提出用納米氫氧化鈣保護(hù)壁畫，由于納米尺寸效應(yīng)，氫氧化鈣的化學(xué)和物理性質(zhì)將發(fā)生變化，表面活性和穩(wěn)定性將顯著提高，保護(hù)效果將顯著提高。

李宣華對記者說，中外學(xué)者近20年來一直在嘗試用水溶液法、醇溶液法、微乳液法和金屬鈣法合成納米氫氧化鈣，但到目前為止，合成的氫氧化鈣仍存在體積大、滲透性差、體積小、體積小等缺點(diǎn)。R穩(wěn)定性好，凈化難度大，操作復(fù)雜，成本高。

氫氧化鈣的碳化慢、補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)度低的問題一直沒有得到有效的解決。根本原因是氫氧化鈣的成核和生長動力學(xué)尚未明確，在納米氫氧化鈣的可控制備等關(guān)鍵技術(shù)上難以取得有效突破。

圍繞這個困擾科學(xué)家近20年的問題，研究小組提出了一個新的想法——引入石墨烯量子點(diǎn)。

利用石墨烯量子點(diǎn)表面活性劑的限制作用，有效調(diào)節(jié)氫氧化鈣的成核和生長動力學(xué)，從而控制氫氧化鈣納米材料的合成。

與其他兩種方法相比，液相法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，該方法操作簡單，合成簡單，成本低。尤其是水溶液具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

更重要的是，壁畫保護(hù)材料通常需要分散到溶液中，通過噴涂、刷涂和注射等方式涂抹在壁畫表面。這也有利于大規(guī)模壁畫保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用，大大提高了使用效率。

因此，研究人員采用水溶液法巧妙地合成了氫氧化鈣/石墨烯量子點(diǎn)混合納米材料。

結(jié)果表明，該材料的粒徑約為80納米，粒徑均勻，與壁畫顏料的粘附力強(qiáng)，抗紫外線能力強(qiáng)。

更重要的是，由于石墨烯量子點(diǎn)的增強(qiáng)，氫氧化鈣納米材料被完全碳化成一個穩(wěn)定的方解石相，這對壁畫的加固非常重要。

陜西省文物資源豐富。2014年，西北工業(yè)大學(xué)納米能源材料研究中心首席科學(xué)家魏炳清教授充分發(fā)揮了團(tuán)隊(duì)在納米材料研究方面的優(yōu)勢，提出了材料科學(xué)與文物保護(hù)的新研究方向。

李宣華承認(rèn)，受西方國家文物保護(hù)思想和技術(shù)的影響，我國大部分文物保護(hù)概念和材料都借鑒了西方國家的經(jīng)驗(yàn)。

因此，如何充分發(fā)揮中國理工科學(xué)者的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)文物保護(hù)有機(jī)結(jié)合，形成具有中國特色的文物保護(hù)理念，是材料科學(xué)和文物保護(hù)研究過程中遇到的困難。

在四年多的科研工作中，納米能源材料研究中心與陜西考古研究院、陜西歷史博物館在壁畫保護(hù)材料方面取得了新的突破，申請了12項(xiàng)國家發(fā)明專利和2項(xiàng)授權(quán)項(xiàng)目，并成功地應(yīng)用了該項(xiàng)研究成果。開發(fā)材料對唐三陵著名壁畫進(jìn)行加固，取得了良好的效果。

李宣華透露，在后續(xù)工作中，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開發(fā)出更多優(yōu)秀的壁畫保護(hù)材料，并進(jìn)一步擴(kuò)大這些材料的應(yīng)用范圍，希望更多急需修復(fù)的古壁畫能夠得到有效的保護(hù)，最終形成良好的示范。

此外，他們還將探討這些材料在保護(hù)其他石類文物、紙類文物、骨類文物甚至整個文化遺產(chǎn)中的可能性。

我們的團(tuán)隊(duì)有一個夢想，就是把當(dāng)前的前沿科學(xué)研究與古文物保護(hù)聯(lián)系起來，使文物保護(hù)更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、有趣，努力扭轉(zhuǎn)文物保護(hù)重人文、重科學(xué)、重文化、重文化的現(xiàn)狀。李宣華說。

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