■重庆大学 陈 诚 张育新

兵马俑 丁 力/供图

据陕视新闻报道，西北大学文化遗产学院与秦陵博物院合作，在国际权威期刊《科技考古》（Archaeometry）上发表了最新的研究成果。研究人员在秦兵马俑上新发现了一种多用途的复合材料，这种材料被广泛用于兵马俑制作中的填补、粘接、抹平等工艺中。复合材料是由两种以上不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，其不仅能保持各组分材料原本的优点，还能将不同组分材料的优势进行互补，从而提高其综合性能。功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。在复合材料科学研究领域，重庆大学重点在生物复合材料、硅藻土基复合材料、金属基复合材料等方面的理论和技术进行研究。关于复合材料，我国古代就曾将石灰砂浆作为建筑材料应用于建筑中，在现代材料界，复合材料已然成为热点话题。兵马俑上新发现的多用途功能复合材料向我们展示着中国古人的智慧，也为我们提供了可借鉴之处。兵马俑是秦始皇陵陪葬体系的重要组成部分，凝聚了秦朝工匠的智慧。秦朝对于器物建筑等的制造实行“物勒工名，以考其诚”的制度，工匠需要在所造之物上刻上姓名以备查验。一号坑曾发现有一兵马俑分别在其颈部、左臂和脚踏板上都刻有不同的姓名，可以推测兵马俑可能是按部位流水线式制作的，而这些分开的部位如何连接黏合，兵马俑上新发现的这种复合材料或许可以为我们揭开答案。研究人员表示，这一材料呈青灰色，在兵马俑战士颈部和头部、手臂和身体、袖子和手掌、袖子内侧，马的头部和颈部、四肢和蹄子等处均有发现，从发现这些材料的部位可以推断，该复合材料可能用于兵马俑不同部位的黏结。为分析该复合材料的确切成分，研究人员使用了X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射光谱仪（XRD）、偏振显微镜（PLM）、PETROG数字步进台和软件及气相色谱—质谱法（GC-MS）等仪器与方法。分析显示，兵马俑上发现的这一复合材料由含有动物胶和鸡蛋的蛋白质黏合剂及研磨陶器颗粒的无机填料组成。有机组分蛋白质黏合剂与无机组分研磨陶器颗粒在性能上相互取长补短，组成的功能复合材料实现了单一材料不能达到的综合性能。蛋白质黏合剂主要起到黏合连接的作用，其组分中的鸡蛋和动物胶单独使用作为黏合剂时都存在一定的缺陷。鸡蛋的主要成分是卵清蛋白、卵黄素、卵磷脂、胆固醇和水。单独使用鸡蛋作为黏合剂时，由于含水量高，在干燥过程中收缩严重，容易开裂。但是固化后，由于鸡蛋中脂质含量相对较高，会在表面形成一层脂质膜，使得该层更耐水、抗老化和抗流失。动物胶的主要成分是胶原蛋白。古人将动物骨、皮或筋等组织煮沸，提取胶原蛋白，然后将其干燥制成动物胶块。他们将胶块溶解在热水中使用，并控制含水量，以减少干燥过程中的收缩开裂。但胶原蛋白不耐水，容易溶解流失。鸡蛋和动物胶的混合不仅可以提高材料的耐水性，而且可以减少干燥过程中的收缩开裂，使材料具有耐老化性。而添加无机组分研磨陶器颗粒有助于解决单独使用有机化合物蛋白质黏合剂凝固缓慢、填充能力差和难以再加工的问题。目前，用于文物保护修复领域的同类功能材料多为有机高分子材料，其易老化的特性使其具有一定的局限性。兵马俑上发现的这一复合材料所具有的高强度黏合能力和耐老化性可能为修复材料的研究提供新的思路。研究推断，该材料主要用于黏合、修补和整平。首先，黏合是这种复合材料的主要功能，其主要用于陶俑身体部件的黏合与修补，许多发现表明，它被用来连接兵马俑中的一些特殊部位。另一个可能的用途是整平。研究发现马的腹部大面积被这种材料覆盖，使得该区域非常平坦。研究人员推断，将陶器整平可以稳定漆层或油漆层，使漆面在漆固化后更加光滑美观。这一最新的研究成果，为了解兵马俑的制作工艺及保护与修复工作提供了新的依据，也为修复材料的研究提供了思路。

重庆大学电子显微镜中心 陈 诚/供图

本文原载于《中国建材报》3月14日9版

标签： 复合材料 研究人员 胶原蛋白