▲團(tuán)隊(duì)學(xué)生在模擬壁畫(huà)上嘗試新材料,。

李炫華老師（中）帶領(lǐng)學(xué)生觀察新材料。

■本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者 高雅麗

提起文物保護(hù),，不少人都認(rèn)為這是社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜业奶亻L(zhǎng),。但是,，在西北工業(yè)大學(xué)納米能源材料研究中心，卻有一群熱心于壁畫(huà)保護(hù)的材料科學(xué)家,，他們專(zhuān)攻“材料科學(xué)與考古研究”這一新的研究方向,，研究新材料與新技術(shù)在文物保護(hù)中的作用。

那么,，當(dāng)材料應(yīng)用于壁畫(huà)保護(hù),，究竟能解決什么問(wèn)題？近日,，《先進(jìn)功能材料》刊發(fā)了該中心的論文,，詳細(xì)闡述了石墨烯增強(qiáng)納米材料對(duì)壁畫(huà)保護(hù)方面的研究進(jìn)展。

當(dāng)壁畫(huà)保護(hù)遭遇材料危機(jī)

古代館藏壁畫(huà)是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的寶貴財(cái)富,，壁畫(huà)主要包括建筑壁畫(huà),、石窟壁畫(huà)和墓葬壁畫(huà)。墓葬壁畫(huà)的時(shí)間和范圍分布都很廣泛,，從4200年前的石峁遺址壁畫(huà)到唐,、宋、元,、明、清歷代均有發(fā)現(xiàn)墓葬壁畫(huà),，尤其唐朝,，無(wú)論數(shù)量和質(zhì)量上都受到人們的極大關(guān)注。

但是人類(lèi)不得不面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是,，目前有大量墓葬壁畫(huà)出現(xiàn)很多病害,，亟須修復(fù)。

西北工業(yè)大學(xué)教授李炫華告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者：“壁畫(huà)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，白灰層的主要組成成分是碳酸鈣,。隨著時(shí)間流逝,，白灰層容易失效，從而導(dǎo)致壁畫(huà)表層受損,，因此需要有效保護(hù),。”

目前壁畫(huà)保護(hù)材料主要分為有機(jī)和無(wú)機(jī)材料兩大類(lèi)，但是有機(jī)保護(hù)材料與壁畫(huà)本體兼容性差,，長(zhǎng)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(huà)最終會(huì)膨脹,、粉化,，從而對(duì)壁畫(huà)造成不可修復(fù)的致命傷害。

而類(lèi)似于氫氧化鈣的無(wú)機(jī)保護(hù)材料,，具有兼容性好,、耐老化的優(yōu)點(diǎn)。“在施加到壁畫(huà)表面后,，氫氧化鈣會(huì)與空氣中的二氧化碳反應(yīng),，生成碳酸鈣并與白灰層融為一體，從而提高白灰層的強(qiáng)度,，起到保護(hù)作用,。”李炫華說(shuō)。

2000年,，意大利學(xué)者提出利用納米氫氧化鈣保護(hù)壁畫(huà),。由于納米尺寸效應(yīng)，氫氧化鈣的化學(xué),、物理特性會(huì)發(fā)生改變,，表面活性及穩(wěn)定性大幅增加，保護(hù)效果會(huì)獲得顯著提升,。因此,，無(wú)機(jī)納米材料成為了新的壁畫(huà)保護(hù)材料研究方向。

這個(gè)想法實(shí)踐起來(lái)卻是困難重重,。李炫華告訴記者,，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(lái)合成納米氫氧化鈣,，但是截至目前合成的氫氧化鈣仍存在著尺寸大、滲透性差,、穩(wěn)定性差,、難以純化、操作復(fù)雜,、成本高等缺點(diǎn),。

“氫氧化鈣的碳化慢、加固強(qiáng)度低等問(wèn)題仍未得到有效解決,，根本原因是還沒(méi)有厘清氫氧化鈣成核生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律,，進(jìn)而難以實(shí)現(xiàn)納米氫氧化鈣可控制備等關(guān)鍵技術(shù)的有效突破。”李炫華說(shuō),。

發(fā)現(xiàn)石墨烯量子點(diǎn)新用途

圍繞這個(gè)困擾了科學(xué)家近20年的問(wèn)題,，課題組提出了一個(gè)新思路——引入石墨烯量子點(diǎn)。他們利用石墨烯量子點(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(zhǎng)動(dòng)力學(xué)速率,，讓氫氧化鈣納米材料“可控合成”。

李炫華表示,，納米材料的合成方法主要有氣相法,、固相法（如磨礦）和液相法。相比于其他兩種方法,，液相法具有明顯優(yōu)勢(shì),。“這個(gè)方法操作方便，合成工藝簡(jiǎn)單,、成本低,，特別是水溶液具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。更重要的是,，壁畫(huà)保護(hù)材料通常需要分散到溶液中,，利用噴涂、刷涂,、注射的方式施加到壁畫(huà)表面,，這也有利于大規(guī)模壁畫(huà)保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用，極大提高使用效率,。”

因此,，科研人員用水溶液方法巧妙地合成了“氫氧化鈣/石墨烯量子點(diǎn)”雜化納米材料。研究結(jié)果顯示,，該材料顆粒約為80納米,，尺寸均勻，并且對(duì)壁畫(huà)顏料具有強(qiáng)的黏附性,，具備抗紫外線(xiàn)能力,。更重要的是，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,，對(duì)于壁畫(huà)加固十分重要。

讓中國(guó)考古科學(xué)走向世界

陜西省擁有豐富的文物資源,，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)家魏秉慶教授發(fā)揮團(tuán)隊(duì)在納米材料研究方面的優(yōu)勢(shì)，提出了“材料科學(xué)與文物保護(hù)研究”這一新的研究方向,。

李炫華坦承,，受西方國(guó)家文物保護(hù)思想和技術(shù)的影響，我國(guó)的文物保護(hù)理念和材料技術(shù)大都借鑒西方國(guó)家的經(jīng)驗(yàn),。“因此,，如何發(fā)揮我國(guó)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(guó)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(guò)程中遇到的困難,。”

在4年多科研工作中，納米能源材料研究中心與陜西省考古研究院,、陜西歷史博物館等單位“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”,，取得了壁畫(huà)保護(hù)材料新突破，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利12項(xiàng),，授權(quán)2項(xiàng),，并成功將研發(fā)材料運(yùn)用到3處著名唐墓壁畫(huà)的加固中，取得了良好效果,。

李炫華透露,，在后續(xù)工作中，課題組還會(huì)繼續(xù)研發(fā)性能更加優(yōu)異的壁畫(huà)保護(hù)材料,，并進(jìn)一步擴(kuò)大這些材料的應(yīng)用范圍,，希望有更多亟待修復(fù)的古代壁畫(huà)獲得有效保護(hù)，最終形成一個(gè)良好的示范,。除此之外,，他們還會(huì)探討這些材料在其他石質(zhì)文物、紙質(zhì)文物,、骨質(zhì)文物乃至整個(gè)文化遺產(chǎn)保護(hù)中的可能性,。

“我們團(tuán)隊(duì)有一個(gè)夢(mèng)想，希望能將目前的前沿科學(xué)研究和古老的文物保護(hù)聯(lián)系在一起,，使文物保護(hù)變得科學(xué),、嚴(yán)謹(jǐn)而有趣,，力爭(zhēng)扭轉(zhuǎn)當(dāng)前文物保護(hù)存在的重人文輕科學(xué)和被西方國(guó)家牽著鼻子走的局面。”李炫華說(shuō),。