探讨将纳米材料和纳米技术用于文物保护的可行性

在文物保护工作中纳米材料因为其特殊的理化性能而被广泛应用。本文分析纳米材料和纳米技术在文物保护工作中的优势，进而说明纳米材料和纳米技术对于文物保护是十分可行的。

现在用于文物保护的材料主要包括人工合成高分子材料以及天然高分子材料两种，其中对于人工合成高分子材料的使用更加普遍。在保护彩绘类文物通常所使用的材料为PrimalAC33、B72、有机硅等，它们具有颜色变化小、粘结性好、耐老化等特点。但是PrimalAC33的Tg仅为14℃，所以在常温下此材料会因为太软而容易吸灰；同时B72在老化后其可逆性会变差，并且会变得脆、黄。由于上述材料的种种不足，在当今文物保护中对于新材料的研发变得十分重要。而使用物理或化学的方法在高分子材料中混合纳米材料，使其既有纳米材料又具有高分子材料的性能，则现今的文物保护中具有重要作用。将纳米材料的量子尺寸效应用于文物保护中具有很大的优势，相比较宏观大块的材料而言它具有独特的光、热、电、力、光以及化学特征，主要表现如下：

一、同步增强增韧效应

纳米材料的比表面积很大、粒径很小，因此与其它材料具有很强的结合力，在制作复合材料时不仅能提高材料的强度还能够增强材料的韧性。对分散有纳米TiO2的PMMA进行拉伸实验，可知若加入的TiO2为5%，则拉伸强度会增加60%；若加入的TiO2为15%，则拉升强度增加90%。通过实验可知，使用纳米材料能够提高有机质文物的强度，例如年代久远的纺织品、骨角象牙、纸张等，有助于对其进行长期保存。

二、透明及防遮盖特性

纳米材料的粒径都小于100nm，而可见光的波长则为400nm至750nm，因此根据Mie理论可知纳米级材料TiO2相对于可见光而言是透明的特性。所以用纳米材料TiO2所制成的符合材料涂抹是无色、透明的，将其涂在文物的表面可以不改变文物原来的性状。但如果在制备复合材料时纳米材料发生的团聚，那么就可能是材料的实际粒径大于纳米级，降低符合材料的透明性。因此在制备复合材料时必须要保证纳米材料均匀的分散在基体材料之中。

三、抗紫外线和耐老化特性

紫外线对文物具有很大的危害作用，紫外线的照射能够使彩绘文物褪色、变色以及表面的彩绘脱落，能够使的银器变黑，同时使纤维类文物产生光解。而因为一些纳米材料具有抗紫外线的特征，在保护文物免受紫外线损害方面起到了非常重要的作用。例如ZnO、TiO2等纳米材料，它们本身具有半导体的特性，可以通过吸收或者散射紫外线来减小紫外线的通过率。同时，纳米颗粒的量子尺寸效应使其在吸光时产生“宽化”和“蓝移”现象进而增强了对紫外线的吸收作用。

四、疏水疏油性

纳米材料的表面具有很高的化学活性，非常容易与周围的气体小分子结合，从而形成一层非常薄的气体膜，这层薄膜阻止了水分子与油分子吸附在材料的表面，因此使得材料呈现出疏水疏油的特性。纳米材料的这种应用在古代的“黑漆古”铜镜就有所应用，研究发现在“黑漆古”铜镜的表面有一层大约10um的表层，该表层含有纳米SnO2微粒，有效的阻止了外部的空气和水分对文物表面的腐蚀。运用纳米材料的双疏性可以对防止酸雨等对室外文物破坏。

五、抗菌防霉性

根据纳米材料的有效成分可以将其分为光催化型、金属离子型、稀土激活光催化复合型等3类，它们都具有抗菌防霉的作用。其中，都属于光催化纳米材料，它们在文物保护中使用的更为频繁，这类材料的作用机制是利用了纳米粒子的光催化作用。纳米半导体通过以下两种方式进行杀菌：一是光生空穴与光生电子直接与细菌的细胞壁、细胞膜以及细胞内的相关成分产生反应；另一种方式则是和自由基（等）与脂类、酶类、蛋白类、核酸等生物大分子反应，直接作用于生物的细胞结构，或者经过一系列的氧化链式反应后对生物的细胞结构进行破坏。纳米材料的这种性能有利于处于潮湿环境中的丝织物、纸质物等有机物进行保护，极大的保护文物免受防霉杀菌剂以及空气净化剂带来的损坏。

六、呼吸性

材料的呼吸性是指，保护材料在不仅能够阻止外界的液态水进入文物，同时也可以文物让内部的水分通过气体的形式从内部散发，使得文物内外的湿度达到一个相对平衡的状态。对于石质的文物来说，其自身的毛细孔就可以保证文物与外界进行水分交换。一旦使用了高分子保护材料，由于材料具有防水性，会使得文物内部与外界不能很好的进行水分交换，进而在文物的内部会产生了一个很明显的湿度梯度。如果外界的温度发生了变化，那么在不同的湿度交界处就会存在显著的收缩膨胀应力，如果文物长期受到外界温度的变化，这种应力差将对文物产生一个非常大的破坏。

如果将纳米颗粒加入到高分子材料中，使得文物内部产生了很多的微小空隙，进而增加了文物透水透气的性能；并且使用纳米材料也不会影响文物本身的毛细空气，可以保证文物能够顺利的与外界进行水分交换。经实验证明，加入了纳米材料的高分子材料其不仅具有良好的透气性，其本身的憎水水也没有受到影响，所加入的纳米粒子越多材料的通透性就越好。纳米材料的这种性能对于一些石质类、陶瓷类文物的保护作用非常明显，可以增加文物的透气性，防止其内的盐分在温湿度环境下溶解结晶，进而产生往复作用力作用在文物的孔壁，使得文物表面剥落。

七、总结

通过以上的分析，可以发现纳米材料和纳米技术在进行文物保护时能发挥重要的作用，因此其在文物保护中的应用是十分可行的。但是目前纳米材料在文物保护中的应用还处于研究阶段，仍然有很多技术问题需要去解决：（1）纳米粒子极易互相吸附而导致团聚，极大的降低了纳米材料的性能；（2）将纳米材料加入到基体材料中，虽然可以通过吸收紫外线来减少紫外线对文物的损坏，但所吸收的紫外线可能会对基体材料产生破坏作用。所以在研究纳米材料在文物保护中的应用时，需要加大对于分散剂以及分散条件的研究力度，以保证纳米材料不发生团聚现象；同时还要改进相应的纳米技术，以减少基体受到的损害。

（作者单位：黑龙江省鸡西市恒山区文化体育局）