價(jià)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(jī)納米材料(如納米氫氧化鈣)作為一種前景良好的壁畫保護(hù)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(jī)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(tuán)隊(duì)近日在《先進(jìn)功能材料》上發(fā)表論文稱，他們利用簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的水溶液，巧妙地合成了氫氧化鈣/石墨烯量子點(diǎn)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(hù)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(diǎn)雜化納米材料，提出了全新的壁畫保護(hù)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(qiáng)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(jī)材料具有更好的保護(hù)效果。
可更好更長時(shí)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?qǐng)?bào)記者，壁畫保護(hù)材料主要分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。有機(jī)保護(hù)材料與壁畫本體兼容性差、長時(shí)間使用容易老化、變脆變黃，導(dǎo)致機(jī)械性下降。同時(shí)，由于形成的膜不透氣，壁畫最終會(huì)膨脹、粉化，從而造成壁畫不可修復(fù)。
而氫氧化鈣等無機(jī)保護(hù)材料具有兼容性好、耐老化等優(yōu)點(diǎn)。在施加到壁畫表面后，氫氧化鈣會(huì)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(qiáng)度，起到保護(hù)作用。通過進(jìn)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(shí)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(hù)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(tuán)隊(duì)成員朱金萌對(duì)記者說，此外，碳化慢、加固強(qiáng)度低等問題仍未得到有效解決。
圍繞這一問題，魏秉慶團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長時(shí)間系統(tǒng)研究，創(chuàng)造性引入石墨烯量子點(diǎn)。
“利用石墨烯量子點(diǎn)表面活性劑的限域效應(yīng)，有效調(diào)控了氫氧化鈣的成核生長動(dòng)力學(xué)速率，從而實(shí)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(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的水溶液方法巧妙地合成“氫氧化鈣/石墨烯量子點(diǎn)”雜化納米材料，提出了全新的壁畫保護(hù)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(duì)壁畫顏料具有強(qiáng)粘附性。由于石墨烯量子點(diǎn)的增強(qiáng)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(duì)于壁畫加固十分重要。
文物保護(hù)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(shí)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(shí)社會(huì)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(hù)研究具有極為重要的意義。
一直以來，我國都將文物保護(hù)歸類于社會(huì)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(hù)中的應(yīng)用研究。
同時(shí)，受西方國家文物保護(hù)思想和技術(shù)的影響，我國的文物保護(hù)理念和材料技術(shù)大都借鑒西方國家的經(jīng)驗(yàn)。因此，如何發(fā)揮我國理工科學(xué)者的優(yōu)勢(shì)、與傳統(tǒng)文物保護(hù)有機(jī)結(jié)合，并且形成具有中國特色的文物保護(hù)理念是材料科學(xué)與文物保護(hù)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(shì)，與陜西省考古研究院等文保單位強(qiáng)強(qiáng)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(hù)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。魏秉慶表示，后續(xù)團(tuán)隊(duì)會(huì)繼續(xù)研發(fā)性能更加優(yōu)異的壁畫保護(hù)材料，并進(jìn)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(hù)。
