脆弱文物的提取和转移在目前仍然是一个世界性的难题，需要承担的风险及面临的问题十分复杂，加强文物保护利用和文化遗产保护传承是当前文物保护研究工作的重要课题。然而，现有文物保护易碎品和风化文物的有效保护方案，脆弱文物在发掘过程中极易受到损坏。

近日，青岛大学龙云泽教授和张俊教授团队在期刊《Composites Communications》上，发表了最新研究成果“Electrospun nanofibers for fragile artifact conservation”。研究者通过限制电场的发散角来实现电纺纳米纤维的精确沉积，在各种材质的文物表面成功附着PMMA/氰基丙烯酸酯纤维。与传统静电纺丝过程相比，纤维沉积的精度提升了2倍（纺丝距离等其他参数相同的情况下纤维沉积面积缩小了2倍）。

图1：手持式装置原位保护文物示意图。

此外，附着在文物表面的纤维可显著提高文物的力学强度，以保护文物在提取阶段免受二次伤害。利用该方法对破碎纸张进行修复，纸张的力学强度可大致等同于受损前的水平。SEM图像显示PMMA/氰基丙烯酸酯纤维紧紧吸附在纸张表面，纳米纤维的高比表面积还使得保护后的文物具有一定的疏水性。

图2：原位修复碎裂的书法文物及纤维的SEM图像。

为了验证修复后纸质文物的力学强度，如图3d所示，在修复后的纸质文物一侧吊装重量为200g的砝码，这意味着垂直于裂缝的方向被施加了一个≥2N的力，吊装砝码后发现纸质文物仍保持外观和结构上的完整。这证明纤维精确沉积法对纸质文物进行修复是一种可靠的方法。

通过在针头处添加一个在纺丝针头部位添加了一个类似雷达形状的金属板，使金属板所带电压与针头相同。 雷达形状能够有效汇聚高压电场，使电场的发散角减小。而静电纺丝带电射流受到沿电场线方向的电场力作用，定向性增强，从而使纤维的沉积范围随之减小。

图3：COMSOL电场模拟： (a)传统静电纺丝(b)加辅助电极静电纺丝。插图为电场线与垂直方向夹角的放大图像。

如图3所示有金属板存在时（图3b）比没有金属板存在时（图3a），电场发散角更小，且随着电压增大，差别越明显。当电压为12 kV静电纺丝电压时，加装金属板的电场线发散角度为4.1°(图3b插图)，远小于传统静电纺丝的发散角为27.2°(图3a插图)。可以看出，金属板设计成雷达形状能够有效汇聚高压电场，使电场的发散角减小。而静电纺丝带电射流受到沿电场线方向的电场力作用，定向性增强，从而使纤维的沉积范围随之减小。

图4：脆弱文物提取过程中的临时加固.。(a)易碎骨头样品。(b)纤维沉积处理后的骨头样品。(c)处理后骨头样品的力学性能验证。(d)破碎纺织物样品。(e)纤维沉积处理后的样品。(f)处理后的织物样品可整体拿取。

此外，原位沉积纤维保护文物的方法对各种类型文物均有良好效果，在提取脆弱文物时可对已经遭受破坏文物的各部分进行整体保护，且PMMA/氰基丙烯酸酯纤维性质稳定，不会对文物造成额外破坏。因此，高精度原位纤维沉积对野外考古等场景的文物保护，具有很好的应用价值。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.coco.2024.101824

人物简介：

龙云泽教授，青岛大学物理科学学院副院长，生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室PI，山东省中法纳米纤维和光电器件合作研究中心负责人，全国模范教师，教育部新世纪优秀人才，山东省泰山学者，山东省有突出贡献的中青年专家，国际先进材料学会会士。主要研究新型静电纺丝技术应用于功能纳米纤维、性能及其在伤口敷料、空气过滤、能源材料、传感器、催化剂等方面。在Chem. Soc. Rev., Prog. Mater. Sci., Prog. Polym. Sci., Nature Mater., Nature Commun., Adv. Mater., ACS Nano, Nano Energy等发表论文380篇；参编英文专著11本；授权国内专利130余项、国外专利6项，转让/转化专利13项。获山东省自然科学二等奖、北京市科学技术奖二等奖各1项；承担国家重点研发计划、科技部973项目、国家自然科学基金等30余项。关于肝脏、心脏等快速纳米止血的成果曾被ChemistryWorld、《科技日报》、《解放军报》等报道，并荣获国防科技创新大赛一等奖。部分科研成果（例如静电纺丝装置、电纺纳米纤维空气滤膜等）已在青岛实现产业化。

张俊，青岛大学特聘教授，山东省中法纳米纤维和光电器件合作研究中心副主任，青岛市纳米空滤技术专家工作站首席专家。2016年加入龙云泽教授课题组，主要研究纺丝装置开发及纳米纤维在光学、快速止血、抗菌敷料等领域应用。在Nano Energy, Materials Horizons, Chem. Eng. J., Small等发表论文60余篇；参编英文专著2本。关于便携式止血新装置和杀菌敷料的研究成果曾被《今日头条》等媒体报道。2020年荣获国防科技创新大赛一等奖。