科学家开发了一种新方法来帮助优化大理石保护

科学家们使用了一种新颖的方法，可以改善大理石制成的文物的保存方式。在这项发表在AppliedSurfaceScience上的研究中，来自悉尼新南威尔士大学和意大利博洛尼亚大学的一个团队将计算模型与实验方法相结合，以测量酒精等不同有机溶剂是否可以改善用于大理石保存的保护处理。他们发现，虽然各种溶剂在大理石表面上的表现不同，但所有溶剂都相似地增强了处理效果。

在基于方解石的材料中，大理石因其美学品质而备受追捧。从佛罗伦萨米开朗基罗的大卫雕像到雅典帕特农神庙著名的柱子，它已被用于世界范围内许多具有文化意义的文物中。但是当暴露在室外时，大理石作品很容易因雨水而变质。

“我们大多数人都熟悉一些具有重大历史和文化意义的标志性大理石作品。我们正在努力寻找方法来帮助为子孙后代保存这些作品，以便他们有机会像我们一样享受和欣赏它们，”说MartinaLessio博士是新南威尔士大学科学学院化学学院的讲师，也是该研究的资深作者。

近年来，保护科学家开发了一种很有前途的新处理方法来提高大理石的抗雨能力。这种处理的工作原理是在大理石表面形成一层由磷酸钙(CaP)或羟基磷灰石组成的耐用保护层——一种天然存在的矿物质，也存在于我们的牙齿和骨骼中。与其他处理不同，它不会导致大理石变色或美观变化。

先前的研究表明，在这种处理中加入酒精等有机溶剂有助于提高羟基磷灰石层保护大理石的能力，但观察到的改善原因尚不清楚。

“找出它以这种方式表现的原因对于能够选择最好的治疗溶剂并最大限度地发挥保护功效至关重要，”Lessio博士说。

“计算工具使我们能够研究这些观察背后的基础化学。

“结合实验见解，我们可以更好地了解这些有机溶剂如何在分子水平上发挥作用，并为大理石保护处理制定合理的设计。”

优化大理石处理

在这项研究中，研究人员测试了乙醇、异丙醇和丙酮在卡拉拉大理石样品方解石表面的吸附情况，卡拉拉大理石是一种广泛用于雕塑和建筑的大理石。吸附(不要与吸收混淆)是指分子、原子或离子在表面上的积累，例如在有助于保持水蒸气并保持干燥的硅胶小袋中。

为了衡量适用性，研究人员首先使用计算机建模模拟了不同溶剂(包括纯溶剂和与水混合的溶剂)与大理石方解石表面之间的相互作用。在他们的实验中，他们测试了四种不同的条件——一种只使用水作为溶剂，其余三种使用添加剂。通过将大理石样品浸入含有100mL磷酸盐前体水溶液(含和不含有机添加剂)的单独烧杯中进行处理。

不同的有机溶剂在模型中接近大理石表面时表现出不同的行为。醇类在方解石上形成防水层，而丙酮则形成混合动态层。但有趣的是，每种溶剂都提高了处理的保护性能，而在实验中它们之间没有任何显着差异。

“令我们惊讶和感兴趣的是，所有溶剂都有利于磷酸钙保护层的形成，尤其是丙酮，它与其他测试的溶剂具有非常不同的化学性质，”Lessio博士说。“这表明在选择溶剂来优化大理石保护处理时，表面的溶剂行为并不是我们想象的要考虑的关键因素。”

在下一阶段的研究中，该团队计划测试吸附以外的其他因素是否对此负责。

“到目前为止，我们只研究了一个方面——溶剂在表面的行为。但还需要研究其他因素，比如溶剂在溶液中的行为，我们小组目前正在进行计算工作以揭示这一点”莱西奥博士说。