引入石墨烯量子點 可更好更長時間延長壁畫壽命

價值連城的古代館藏壁畫正受到日益嚴(yán)重的損壞。而由于具有極好的兼容性，無機納米材料(如納米氫氧化鈣)作為一種前景良好的壁畫保護材料受到廣泛關(guān)注。但到目前為止，其合成方法仍然成本高，操作復(fù)雜，而且通常使用有機溶劑。

西北工業(yè)大學(xué)納米能源材料研究中心教授魏秉慶團隊近日在《先進功能材料》上發(fā)表論文稱，他們利用簡便經(jīng)濟的水溶液，巧妙地合成了氫氧化鈣/石墨烯量子點雜化納米材料，并將其成功應(yīng)用于3處著名唐墓壁畫的保護中，取得了良好的效果。

“研究人員通過合成氫氧化鈣/石墨烯量子點雜化納米材料，提出了全新的壁畫保護概念。研究結(jié)果顯示，雜化納米材料的顆粒小、尺寸均勻，具有強粘附性，使壁畫加固更可行。”魏秉慶說，此外，雜化納米材料還具有抗紫外線能力，比無機材料具有更好的保護效果。

可更好更長時間延長壁畫壽命

“壁畫的結(jié)構(gòu)由外而內(nèi)主要包括顏料層、白灰層、草泥層、磚墻層，白灰層的主要成分是碳酸鈣。”魏秉慶介紹，而白灰層容易失效導(dǎo)致壁畫表層受損。

魏秉慶告訴科技日報記者，壁畫保護材料主要分為有機和無機兩大類。有機保護材料與壁畫本體兼容性差、長時間使用容易老化、變脆變黃，導(dǎo)致機械性下降。同時，由于形成的膜不透氣，壁畫最終會膨脹、粉化，從而造成壁畫不可修復(fù)。

而氫氧化鈣等無機保護材料具有兼容性好、耐老化等優(yōu)點。在施加到壁畫表面后，氫氧化鈣會與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣從而與白灰層融為一體，提高白灰層的強度，起到保護作用。通過進一步將氫氧化鈣納米化后，其表面活性及穩(wěn)定性大幅增加，可以更好更長時間延長壁畫的壽命。

水溶液方法巧妙合成雜化納米材料

自2000年意大利學(xué)者提出納米氫氧化鈣保護壁畫以來，中外學(xué)者用了近20年的努力，嘗試了水溶液法、醇溶液法、微乳液法和鈣金屬法等方法來合成納米氫氧化鈣。“然而到目前為止，合成的氫氧化鈣仍舊存在著尺寸大、滲透性差等不足。”團隊成員朱金萌對記者說，此外，碳化慢、加固強度低等問題仍未得到有效解決。

圍繞這一問題，魏秉慶團隊經(jīng)過長時間系統(tǒng)研究，創(chuàng)造性引入石墨烯量子點。

“利用石墨烯量子點表面活性劑的限域效應(yīng)，有效調(diào)控了氫氧化鈣的成核生長動力學(xué)速率，從而實現(xiàn)了氫氧化鈣納米材料的可控合成，突破了困擾研究者們多年的瓶頸問題。”魏秉慶說。

新研究采用簡便經(jīng)濟的水溶液方法巧妙地合成“氫氧化鈣/石墨烯量子點”雜化納米材料，提出了全新的壁畫保護概念。研究結(jié)果顯示，該材料顆粒小(約80納米)、尺寸均勻，且對壁畫顏料具有強粘附性。由于石墨烯量子點的增強作用，氫氧化鈣納米材料完全碳化成一種穩(wěn)定的“方解石”相，該相對于壁畫加固十分重要。

文物保護亟須與新材料研發(fā)緊密結(jié)合

壁畫主要包括建筑壁畫、石窟壁畫和墓葬壁畫。新納米材料主要應(yīng)用到墓葬壁畫。墓葬壁畫從時間和范圍分布都很廣泛，從4200年前的石峁遺址壁畫到唐、宋、元、明、清歷代均有發(fā)現(xiàn)墓葬壁畫，無論數(shù)量和質(zhì)量上都受到人們的極大關(guān)注。

另外唐墓壁畫展示了當(dāng)時社會生活的方方面面，如服飾裝扮、舞蹈樂器、儀仗禮儀、傳統(tǒng)文化等，壁畫保護研究具有極為重要的意義。

一直以來，我國都將文物保護歸類于社會科學(xué)領(lǐng)域，注重人文研究而忽視了新材料與新技術(shù)在文物保護中的應(yīng)用研究。

同時，受西方國家文物保護思想和技術(shù)的影響，我國的文物保護理念和材料技術(shù)大都借鑒西方國家的經(jīng)驗。因此，如何發(fā)揮我國理工科學(xué)者的優(yōu)勢、與傳統(tǒng)文物保護有機結(jié)合，并且形成具有中國特色的文物保護理念是材料科學(xué)與文物保護研究過程中遇到的困難。

西北工業(yè)大學(xué)充分利用陜西省文物大省的優(yōu)勢，與陜西省考古研究院等文保單位強強聯(lián)合，創(chuàng)新性地將當(dāng)前的新型材料技術(shù)與傳統(tǒng)保護經(jīng)驗相結(jié)合。魏秉慶表示，后續(xù)團隊會繼續(xù)研發(fā)性能更加優(yōu)異的壁畫保護材料，并進一步推廣這些材料的應(yīng)用范圍，讓更多亟待修復(fù)的古代壁畫獲得有效保護。(馬愛平)

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