纳米材料在金属文物保护中的应用

2007年5月安徽教育学院学报May.2007

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

第25卷第3期JournalofAnhuiInstituteofEducationVol.25No.

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纳米材料在金属文物保护中的应用

姚如富1,崔　曼2,熊付超1

(1.安徽教育学院化学系,安徽合肥230061;2.安徽大学化学化工学院,安徽合肥230039)

[摘　要]对已有的青铜文物和铁器文物保护技术进行了分析比较,指出其优缺点,分析了纳米材料在金属文物保护应用

中的可行性及优越性,结果表明纳米材料是一种很有潜力的新型的金属文物保护材料。

[关键词]纳米材料;金属文物;应用;文物保护

[中图分类号]O69　　　　[文献标识码]B　　　　[文章编号]1001-5116(2007)03-0088-03

引言

文物是历代先民创造的物质财富的精华,是具有历史、艺术、科学价值的珍贵遗产,为我们留下了中华民族数千年灿烂历史文化的见证,1

③2)[2-]

:,文物表面不能形成,处理后的青铜器质感差。

②倍半碳酸钠浸泡法:用倍半碳酸钠长时间浸泡。此方法耗时,且处理过的青铜器表面颜色发黑。

③锌粉封闭置换法:此方法隔离水的效果较好。④过氧化氢法:用过氧化氢作为氧化剂,将氯化物除去,此方法速度较慢,且可能对基体金属造成危害。

⑤氧化银局部封闭法:该法缺点是外观呈棕褐色,不适合大面积处理,且不能根除有害锈。

(3)封闭和缓蚀①苯并三氮唑(BTA):BTA作为铜缓蚀剂,它的可靠性虽然举世公认,但是BTA作为一个新型铜缓蚀剂,其应用效果还需经过时间的考验[7]。

②22氨基252巯基21,3,4-噻二唑(AMT)及其复配剂。1996年西班牙学者E.OTERO[8]利用AMT对18和19世纪的铜器进行处理,证实AMT

术的发展和完善,出土,,积极采取防护措施是当前文物保护工作中一项迫在眉睫的任务。

近年来,文物保护工作者注意到在高聚合物中添加无机纳米材料制成的无机-有机纳米材料,将极大改善物理和化学性能,使得无机-有机纳米材料具有优越的特性,解决了文物保护中存在许多问题。纳米材料是材料家族中的新成员,是一种性能优异的新型材料,具有高强度和高阻隔性、高比热和高热膨胀率、高导性率、磁化率和扩散率、对电磁波具有强吸收性能和杀菌消毒等功能特性。2金属文物保护现状和腐蚀原因

2.1青铜器

青铜器的主要成分是Cu和Sn,还有少量的Pb,由于长期埋藏于地下以及出土后存贮条件的限制等原因,使得古代青铜器的表面形成各种不同类型的腐蚀产物[1]。青铜文物保护技术多种多样,目前已报道的技术,大致可分为两大类:

2.1.1通过控制文物贮存环境而降低其腐蚀速度要控制光、温度、相对湿度等外部条件,降低文物腐蚀速度;

2.1.2从文物本身着手,除去腐蚀产物、封闭、稳定腐蚀产物。

(1)物理除锈法①用锤子、刻刀、凿子等工具剔除锈层。②利用空气压缩机的空气压力将金刚砂喷射到器物的锈层上,从而去除各种铜锈。88

能有效地去除铜器上的腐蚀产物,同时还能抑制铜在氯化钠溶液中的腐蚀[9],对文物起到保护作用。单一AMT对铜的腐蚀起到抑制作用[10],但它去除有害锈的速度较慢,且使文物表面呈浅黄色。

2.2

铁质文物

据资料介绍[11],对铁质文物有效的保护方法是在除去存在于铁质文物内部导致腐蚀的因子-氯化

[收稿日期]2007-02-25

[基金项目]安徽省教育厅自然科学基金项目(2006KJ109B)

[第一作者简介]姚如富,安徽教育学院化学系副教授。

物之后,再经缓蚀处理和表面封护,这样做的防锈效果较好。目前,铁器文物的保护方法如下:

2.2.1脱盐①蒸馏水煮沸清洗法,需要大量蒸馏水多次清洗,费水耗时。

②碱液清洗法:如氢氧化钠溶液,碳酸钾溶液,亚硫酸钠溶液和氢氧化锂溶液等。该方法需在无氧或惰性气体的氛围下操作。

2.2.2干燥

如鼓风干燥,化学试剂干燥,红外灯干燥,电热箱干燥等。

缓蚀处理

在选用缓蚀剂,我们通常选择那些能延缓铁骑腐蚀效果较佳,保留时间长,而且无污染、无色透明、不改变文物外观的材料。是多种试剂的复合配方。

2.2.3

性。具有这种性能的材料可作为表面封护剂用于保护文物,防止文物受到水及其他有害物质的侵蚀。同时,吸附在其表面的气体分子可以形成一层稳定的保护薄膜,使油和水在其表面无法展开,可消除水、酸雨及其他有害物对文物的侵蚀。

②高阻隔性和热稳定性:纳米材料的表面效应和量子尺寸效应而产生对光的吸收作用,多种物质对光线都有屏蔽保护作用,从而使文物具有良好的光稳定性和热稳定性,增强了文物表面耐紫外线抗老化的作用。

③透明及防遮盖特性:由于纳米材料粒径远小于可见光的波长(400～,。,能保持文物原面。

:在高分子聚合物中加入纳,。纳米材料的小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用,可深入到其他材料(如高分子聚合物)中与不饱和键的电子云发生作用,进而与材料的大分子互相结合形成立体网状,从而大幅度提高材料的强度、韧性、延展性。使材料具有极强的耐腐蚀抗氧化性。

⑤增强、增韧性能:聚合物中加入纳米无机粒子,实际上起到蓄能作用。同时纳米粒子的表面缺陷使得分子链间有较强的范德华力,如果纳米无机粒子进入聚合物分子的缺陷点,还会使基体的应力集中发生改变,因此它将会起到增强和增韧的作用。5纳米材料在金属文物保护中的应用前景

历代的珍贵的金属文物,在漫长的历史岁月中遭受了长期的自然风化,腐蚀及人为破坏。在自然界各种引力作用下,金属文物腐蚀、毁灭或残损现象十分严重。促使金属文物破坏的主要原因是各种形态的水及盐类侵蚀,和冷热骤变的气候,同时环境污染对金属文物的威胁也日益严重。所以,近年来很多国家已采取了有效的保护措施,应用先进的科学技术和设备,研制成功多种新型材料用于金属文物的保护与修复,而纳米材料就是其中之一。由于纳米材料所具有的超双亲界面、耐老化、抗紫外线及耐腐蚀抗氧化等特殊性能,使其在金属文物保护中已经显示出其广阔的应用前景。

目前纳米材料在金属文物保护中的的应用目前还处于基础研究、应用研究和开发研究的起步阶段,

(下转第92页)

,常用的溶剂型防护剂,,消耗了大量的有机溶剂,既不利于环境保护,又提高了成本。3金属文物保护处理的原则

2.2.4

3.1文物保护的原则(1)标本兼顾,辩症整治;

(2)整旧如旧,保持原貌,不改变文物的原貌,保

持石质品表面的美观;

(3)消除隐患原则:在保护方面兼具有效性和持久性;

(4)保护材料可逆性原则(Reversibility):保护材料具有可逆性,以便于将来的再处理;

(5)符合生态要求,在选择保护材料的同时,必须考虑施工条件和对周围环境的影响。

纳米材料在金属文物保护中的作用

纳米材料科学是20世纪90年代兴起并迅速发展的一门新科学。纳米材料的尺寸范围是1～100nm,即10-9～10-7m。这个尺寸与电子的德布洛意波长、超导相干波长和波尔半径相近,表面效4

应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应等,导致纳米材料的光、热、电和磁等物理性质与宏观材料相差甚远。作为保护层材料,它具有特殊的优势。

①超双亲界面特性:纳米材料极强的表面活性使它具有极强的吸附作用,所以当某些纳米粒子与高分子聚合物经特殊复合后,其表面具有特殊的物理化学性能,可同时疏水和疏油,称为超双亲界面特

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readingandPolyknottingincoordinationnetworkchem2istry,CoordinationChemistryReviews246(2003),247-28.

TheCurrentResearchonMetallicWUWen

(AnhuiEducational,Abstract:ThispaperdiscussesresearchandtheapplicationprospectofmetalliccoordinationKeyWords:;research(上接第89页)

　　许多关键技术如纳米材料的稳定分散问题、配方研究、施工工艺的研究等尚有待于深入研究。随着制备方法的改进、理论的不断完善及对其机理的不断深入研究,我们相信在不久的将来,其在金属文物保护中的应用将更加广泛。

[参　考　文　献]

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ApplicationofNanometerMaterialtoMetalArtifactProtection

YAORu2fu1,CUIMan2,XIONGFu2chao1

(11DepartmentofChemistry,AnhuiInstituteofEducation,Hefei230061;21SchoolofChemicalEngineering,AnhuiUniversity,Hefei230039,China)

Abstract:Thispapermakesacomparativeanalysisaboutprotectiontechnologyofbronzeandmetalarti2facts,andpointsoutthestrengthsandweaknesses.Thepossibilitiesandthestrengthsofmetalartifactsprotectionwithnanometermaterialarealsoanalyzedtoprovenanometermaterialisthemostpotentialnewmaterialwhichcanbeusedtoprotectmetalartifacts

KeyWords:nanometermaterial;metalartifacts;application;relicsprotection92