初原載于 工大材料匯????2019-12-06未經(jīng)允許禁止轉(zhuǎn)載

納米材料與文物保護(hù)納米材料，顧名思義是由納米級粒子組成的材料的統(tǒng)稱。納米粒子是一種超微顆粒，其尺度一般在1納米到100納米之間。當(dāng)粒子尺寸進(jìn)入到達(dá)納米級之后，由于納米材料的四大基本效應(yīng)，使其展現(xiàn)出了許多特有的性質(zhì)。到目前為止，人們在納米材料方面所取得了許多矚目的成績。比如說，在電池制造方面，用超細(xì)的銀粉或鎳粉制作化學(xué)電池、燃料電池和光化學(xué)電池中的電極，并增大與液體或氣體之間的接觸面積，提高電池的效率，而且有利于電池的小型化。真是一節(jié)更比六節(jié)強(qiáng)。

那么，使納米材料應(yīng)用得如此廣闊的原因到底是什么？讓我們來看看納米粒子的四大基本效應(yīng)——??表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子軌道效應(yīng)。

納米材料的基本效應(yīng)

先來說說最容易理解的表面效應(yīng)。當(dāng)粒子尺寸進(jìn)入納米級后，隨著粒子尺寸的減小納米粒子的表面原子數(shù)會激增，使納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比大幅度增加。而表面原子之間的化學(xué)鍵具有不飽和性質(zhì)，使其表面活性很高，易與其他原子結(jié)合來趨于穩(wěn)定狀態(tài)。所以能成為良好的儲氫材料。

小尺寸效應(yīng)很神奇。這是由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化。磁性、內(nèi)壓、光吸收能力、催化性及熔點(diǎn)等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，產(chǎn)生一系列新奇的性質(zhì)。

而量子尺寸效應(yīng)，則是由于能級間的距離隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時(shí),就會呈顯出一系列與宏觀物體截然不同的反常特性,這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。納米半導(dǎo)體或金屬微粒通過量子尺寸效應(yīng)可以形成寬頻帶的強(qiáng)吸收,人們在觀察金屬表面時(shí),看到不同顏色的光澤,但當(dāng)金屬尺寸減小到納米級時(shí),各種金屬納米微粒幾乎都呈黑色,它們對可見光的反射率極低。

所謂宏觀量子軌道效應(yīng)，就是在宏觀上觀察到的量子效應(yīng)。在通常情況下，宏觀物體整體上并不出現(xiàn)量子效應(yīng)。然而，當(dāng)溫度降低或粒子密度變大時(shí)，宏觀物體的各個(gè)組分會重組進(jìn)入能量較低的量子態(tài)，形成一個(gè)有機(jī)的整體，使得整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)出奇特的量子性質(zhì)。即，納米粒子具有貫穿勢壘（勢能比附近的勢能都高的空間區(qū)域）的能力。

納米材料在文物保護(hù)中的應(yīng)用?

同樣，由于奇特的四大基本效應(yīng)，使得納米材料在文物修復(fù)和保護(hù)領(lǐng)域也有著一席之地。文物是歷史的見證者，文化遺產(chǎn)是人類文明的結(jié)晶。從樂山大佛到大足石刻，從三星堆遺址到敦煌壁畫，我們在驚嘆古人智慧的同時(shí)，也感受到那滄桑厚重的歷史氣息。然而，隨著工業(yè)時(shí)代的氣候變化和人為破壞，許多文化遺跡的保存狀況也不斷劣化，于是如何將具有優(yōu)良性能的納米材料運(yùn)用到刻不容緩的文物保護(hù)當(dāng)中來便成為人們長久以來探尋的核心工作之一。

早在20世紀(jì)末，納米氫氧化鈣就已經(jīng)作為一種高效的修復(fù)材料應(yīng)用于文物保護(hù)。在疏松多孔的以碳酸鹽基質(zhì)為主的巖石壁畫中，納米氫氧化鈣粒子進(jìn)入這些多孔材質(zhì)后，通過與大氣中的二氧化碳反應(yīng)轉(zhuǎn)變成一種碳酸鈣鹽的網(wǎng)狀物，并融入石壁中。高度結(jié)晶的納米粒子產(chǎn)生結(jié)晶碳酸鹽的網(wǎng)狀物，能夠顯著提高文物的耐老化性能。

同時(shí)，在加固文物方面，納米硅酸鹽也是很有效的修復(fù)材料。直接使用硅酸乙酯溶液時(shí)形成的硅膠在干燥石壁時(shí)，容易在硅酸鹽石材的氣孔中破裂，產(chǎn)生裂縫或變形，從而帶來副作用。但如果在原硅酸乙酯溶液中添加二氧化硅納米粒子就可以有效地減少干燥階段裂縫的形成。

除了修復(fù)文物，也要對還沒有遭到破壞的文物進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)不同文物的材質(zhì)、所處地理環(huán)境不同，納米材料在不同的文物保護(hù)之路上各顯神通。以下介紹三種情況下納米材料在保護(hù)文物上的應(yīng)用。

第一種情況：對于露天的雕塑。納米材料可形成同時(shí)疏水和疏油的雙疏界面，吸附在這上面的氣體分子能形成一層致密的保護(hù)膜，降低水和油對文物的侵蝕作用，從而降低酸雨，霧霾等污染物對文物的損害程度。同時(shí)，如果將納米氫氧化鈣離子分散于醇介質(zhì)中，不僅能夠保護(hù)加固石壁，還能使風(fēng)化部位的粉體粒子重新聚合，并通過降低石壁的吸水率來保護(hù)深層的巖體。

第二種情況：對于露天的金屬制品。紫外線是侵蝕金屬最主要的因素。因?yàn)樽贤饩€的波長比可見光短，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可見光，這加速了金屬的老化。特別是當(dāng)紫外光照射在銀器表面時(shí)，銀原子吸收高能量光子后，會從穩(wěn)定的基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，加速了銀的腐蝕。因此，提高保護(hù)材料的紫外線屏蔽效果很重要。而納米材料對光有著極強(qiáng)的吸收作用，以此增強(qiáng)文物表面對紫外線的屏蔽能力。

第三種情況：對于古籍字畫和一些出土的文物。字畫都是寫在絲織品或紙制品上很容易受到蟲蛀，而長久埋藏在地底的文物由于處于潮濕的環(huán)境中最易被微生物感染。若是在清洗字畫時(shí)加入氧化鋅納米材料，就能取得很好的抗菌防霉的效果。

結(jié)語

可見，納米材料在文物保護(hù)領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。到目前為止，雖然大多數(shù)納米材料對文物的保護(hù)還處于起步階段，很多保護(hù)方式都只是在試驗(yàn)期，但我們相信有一天納米材料將成為保護(hù)文物古跡最堅(jiān)實(shí)的后盾，同時(shí)，文物是人類文明的載體，是先輩們留給我們的不可再生的無可替代的珍貴遺產(chǎn)，作為歷史的接班人，我們定要傳承好這份財(cái)富！

一眼繁華，一世風(fēng)沙。

一座座歷經(jīng)滄桑的大佛，

一段段飽受磨難的壁畫，

修復(fù)過后的它：

樂山大佛回光返照，

西域駝隊(duì)熠熠生輝，

遠(yuǎn)方羌笛聲何處落下，

我語帶瀟灑以大漠為家。

一曲敦煌謠，幽幽天府鄉(xiāng)，

浩瀚青史里傳唱，走一遭。

夢古老，名利了，

一派逍遙，我還看今朝。

文物修復(fù)，以納材為傲。

本期問題：

1、納米材料吸收紫外線依據(jù)的是納米粒子四大基本效應(yīng)中的哪一個(gè)？

答案：量子尺寸效應(yīng)

2、Q2：作為學(xué)生，能做些什么來保護(hù)文物？

精選留言1：

（1）自覺愛護(hù)文物，不破壞文物，如參觀文物古跡時(shí)只看不摸，不亂扔垃圾，見到垃圾時(shí)隨手撿起，不攜帶違規(guī)物品。

（2）盡量及時(shí)勸阻、制止破壞文物的人。

（3）配合文物保護(hù)單位保護(hù)文物，發(fā)現(xiàn)文物時(shí)上交，發(fā)現(xiàn)破壞文物的行為及時(shí)上報(bào)文物保護(hù)部門。

（4）成立宣傳組織，向身邊的人宣傳文物保護(hù)意識，在旅游點(diǎn)等地向游客宣傳保護(hù)文物的重要性,提醒人們要保護(hù)文物，使廣大游客都能自覺地保護(hù)文物。

（5）呼吁有關(guān)部門，完善細(xì)化文物保護(hù)方面的法律法規(guī)，宣傳現(xiàn)有的有關(guān)法律規(guī)定，加大資金投入保護(hù)力度，添加保護(hù)文物的標(biāo)語牌，面向公眾廣泛宣傳，加強(qiáng)道德上的宣傳教育，讓更多人心中有保護(hù)文物的觀念等。

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本文作者：吳昊

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