砂岩类文物是历史文化遗产的重要组成部分。它们广泛分布在世界各地，包括古建筑、建筑装饰、雕刻雕像和历史纪念碑。不幸的是，长期的环境因素（温度、湿度、紫外线、酸雨、风蚀、盐晶体腐蚀）导致了砂岩文物不可阻挡的破坏。为了保护这些文物，亟需开发合适的材料对其进行有效保护，保护或延缓这些因素造成的侵蚀和破坏。
近期，
西安交通大学和玲
/
潘爱钊课题组
针对
硅酸盐材质的砂岩基石窟文物风化病害
的
特征及病害形成机理
（砂岩内部胶结质流失）等问题，将
膨润土基抗膨胀水凝胶在砂岩基文物中原位形成
以弥补流失的胶结质。首先通过组分和条件控制调控了
膨润土基水凝胶
的原位形成时间和
抗膨胀
性，进而通过荧光示踪技术研究了膨
润土基水凝胶材料
在砂岩内部的分布，并
深入评估了其在砂岩中的
长效
保护
效果，最终研究了其户外应用
。该成果
在期刊《
ACS Applied Materials & Interfaces
》上发表，题为
“
Insight into a Bentonite-based Hydrogel for the Conservation of Sandstone-based Cultural Heritage: In-situ Formation, Reinforcement Mechanism, and High-Durability Evaluation
”
的文章（
DOI:
https://doi.org/10.1021/acsami.2c13122
）。
要点
1
：
新型
抗膨胀
膨润土基水凝胶材料
设计、制备与原位保护技术
Figure 1.
(a) Chemical structure scheme of B-H hydrogel. (b)
Schematic illustration of the bentonite-based hydrogel (B-H) formed
in
-situ
in sandstone.
要点
2
：
新型
抗膨胀
膨润土基水凝胶材料
抗膨胀性
Figure 2.
Sandstones (a) after protecti
ng
with B-H and (b) traditional hydrogel
.
要点
3
：膨
润土基水凝胶材料
在砂岩内部的分布：荧光示踪技术
Figure 3.
(a)
Chemical structure and optical images of the Carbon quantum dots (CQDs) used for
fluorescent tracer.
P
hotographs of
the
appearance (b),
cross-sectional surface (b
1
and b
3
) of the sandstones treated by
hydrogel-CQDs.
Photograph of
the
appearance (b
2
)
of the fresh sandstones
. (c) Morphology and element distribution of Si, C and N elements in the internal grains of the treated sandstone by SEM-mapping. (d) Morphology of the internal grains of the treated sandstone by SEM. (e)
Schematic diagram of
in-situ
formation of hydrogel inside the
sandstone
.
要点
4
：膨
润土基水凝胶材料
对砂岩的长效保护效果
Figure 4.
(a) Acid resistance, (b) salt crystallization cycles in moisture and heat, and (c) freeze-thaw cycles of unprotected
and
B-H-sandstone
.
(d) Schematization of the protecting mechanism for freeze-thaw resistance and salt resistance for B-H- sandstone.
Figure 5.
Application of bentonite-based hydrogel on actual sandstone-based cultural heritage at Dafo Si. Sampling areas are indicated with red rectangles.
Photograph
s
of
the sandstones before (a) and after (b) protecting by
bentonite-based hydrogel.
西安交通大学化学学院硕士生
史承钰
为该论文的第一作者，西安交通大学化学学院
和玲
教授团队的
潘爱钊
副教授为该论文通讯作者。该工作得到国家重点研发计划
(2019YFC1520500)
项目的资助。同时
也
感谢西安交通大学分析测试共享中心在表征方面的帮助。
全文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c13122
相关进展
西安交大吴宥伸博士、潘爱钊博士和哈尔滨工业大学杨彪博士团队综述：无稀土白光LED材料的进展与展望
西安交大和玲教授课题组在石墨烯量子点白光材料领域取得重要进展
中国林科院林化所刘鹤研究员和武汉大学陈朝吉教授《Nat. Commun.》：纤维素-膨润土配位作用构建强且韧的全天然导电水凝胶
化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：chem@chemshow.cn
欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。
