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南科大郭傳飛教授團隊、唐際根教授團隊《Nano Lett.》：一種用于文物修復(fù)的堅韌水凝膠粘合劑
2023-02-06  來源：高分子科技

  文物修復(fù)用膠是考古領(lǐng)域用以修復(fù)文物形狀的重要工具。目前用于文物修復(fù)的粘接劑普遍面臨固化時間長、力學(xué)性能差、無法濕粘接等挑戰(zhàn)，嚴重限制了文物修復(fù)的完整性和可靠性。


  近期，南方科技大學(xué)郭傳飛教授團隊與唐際根教授團隊研制了一種基于氧化還原引發(fā)體系的水凝膠型粘接劑用于文物修復(fù)。這種水凝膠型粘接劑（THA）表現(xiàn)出快速固化、強韌粘接、可濕粘接、和耐老化的優(yōu)異性能，已經(jīng)成功用于殷墟遺址（公元前1300年）和下角山遺址（公元前4000年）的文物修復(fù)。該工作以“A tough hydrogel adhesive for the repair of archeological pottery”為題發(fā)表在《NANO Letters》上（Nano Lett 2023）。文章第一作者是南方科技大學(xué)博士生郭夢雪，博士生李剛為共同第一作者；郭傳飛教授是論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、廣東省科技廳、深圳市科創(chuàng)委的資助。 


圖1：THA的制備及分子結(jié)構(gòu)


  THA是一種基于氧化還原引發(fā)體系的粘接劑。相比于傳統(tǒng)的粘接劑，氧化還原引發(fā)體系具有較低的活化能，可以迅速引發(fā)單體聚合形成網(wǎng)絡(luò)，使其5s內(nèi)完成粘接。固化后的THA是線性聚乙烯醇（PVA）和交聯(lián)聚丙烯酰胺（PAAm）形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一方面，分子鏈上大量氨基和羥基與陶片表面的羥基形成氫鍵，構(gòu)筑強的界面相互作用；另一方面，互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較高的韌性使其可以通過形變耗散界面附近的應(yīng)力。特別的，本工作還揭示了軟材料在多孔基質(zhì)表面通過將裂紋離散化來阻止單個裂紋的擴展，從而實現(xiàn)對界面進行增韌的機理。 


圖2：THA與陶片的強韌粘接及應(yīng)用展示


  THA在使役性能上也表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。THA與陶片表面形成共形而穩(wěn)定的界面，該界面的強度遠高于傳統(tǒng)粘接劑。加速老化實驗和蠕變實驗結(jié)果表明，THA本體及界面均具有優(yōu)異的耐老化性能，可以保持所修復(fù)文物的長期穩(wěn)定。特別是這種粘結(jié)劑能夠有效地實現(xiàn)濕潤陶片的粘結(jié)，這對于一些潮濕環(huán)境下的文物發(fā)掘與修復(fù)十分有用。研究者已經(jīng)成功將THA用于殷墟遺址（公元前1300年）和下角山遺址（公元前4000年）的文物修復(fù)，并初步驗證了其在家具、建材領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04642

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