砂巖文物保護(hù)材料分子設(shè)計(jì)與應(yīng)用
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- 作者：潘愛釗
- 出版時(shí)間：2024/11/1
- ISBN：9787030804860
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：TB324
- 頁碼：226
- 紙張：
- 版次：1
- 開本：B5
針對珍貴文化遺產(chǎn)砂巖文物風(fēng)化病害的具體現(xiàn)狀、現(xiàn)有保護(hù)材料的缺失、新型保護(hù)材料型的基本要求，以及為了滿足不同地域、不同巖性、不同風(fēng)化特征等的砂巖文物特殊匹配性需求，本書進(jìn)行了不同系列保護(hù)材料的分子設(shè)計(jì)和制備。通過保護(hù)材料的化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，調(diào)控保護(hù)材料的粘接性能、熱穩(wěn)定性能、溶脹性能、吸水性能、涂層透光性能和表面親疏水性能等，為保護(hù)材料的功能實(shí)現(xiàn)提供途徑。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室砂巖樣品和砂巖粉末的保護(hù)材料基體滲透、擴(kuò)散固結(jié)模擬研究，通過滲透加固、粘接加固保護(hù)，結(jié)合凍融循環(huán)、濕熱耐鹽循環(huán)等評估保護(hù)效果，揭示保護(hù)材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、使用方法、作用方式、在巖石內(nèi)部滲流遷移行為對巖石保護(hù)的宏微觀特征及保護(hù)效果的影響作用。并基于這些研究結(jié)果，揭示保護(hù)材料作用機(jī)理，獲得界面增強(qiáng)技術(shù)，為保護(hù)材料的適宜范圍、現(xiàn)場保護(hù)，以及分子設(shè)計(jì)提供依據(jù)。最后，針對不同保護(hù)材料性能和不同砂巖的保護(hù)需求，進(jìn)行了現(xiàn)場保護(hù)研究。
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2017年獲西安交通大學(xué)材料科學(xué)與工程博士學(xué)位，期間赴美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室博士生聯(lián)合培養(yǎng)一年，2017年4月進(jìn)入西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院任教至今。主要從事高分子/無機(jī)納米雜化材料的構(gòu)筑、界面與表面性能調(diào)控、鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光材料及交叉應(yīng)用探索。近年來在ACS Nano、Nano Letters、ACS Energy Letters、Advanced Science、Chemistry of Materials 和The Journal of Physical Chemistry Letters 等國際國內(nèi)知名刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文近70篇。
目錄
前言
第1章 砂巖文物風(fēng)化特征及保護(hù)材料需求 1
1.1 引言 1
1.2 砂巖文物風(fēng)化病害特征及病害形成機(jī)理 2
1.3 可溶鹽對砂巖文物的風(fēng)化 12
1.3.1 鹽的來源和風(fēng)化現(xiàn)象 12
1.3.2 砂巖多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)鹽結(jié)晶過程及其影響因素 14
1.3.3 硫酸鈉對砂巖的風(fēng)化機(jī)理 15
1.4 砂巖文物保護(hù)材料需求與研究進(jìn)展 18
1.4.1 砂巖文物保護(hù)材料功能需求 18
1.4.2 常見石質(zhì)文物保護(hù)材料及其保護(hù)性能 19
第2章 二氧化硅增強(qiáng)柔性硅氧烷保護(hù)材料的分子設(shè)計(jì)與其黏接和加固
性能研究 27
2.1 引言 27
2.2 SiO2增強(qiáng)聚二甲基硅氧烷保護(hù)材料的設(shè)計(jì)與性能研究 30
2.2.1 POSS-PDMS的設(shè)計(jì)思路與合成 30
2.2.2 POSS-PDMS的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征 32
2.2.3 POSS-PDMS的熱穩(wěn)定性分析 33
2.2.4 黏接性能及其影響因素 34
2.2.5 涂層的透光性能及濃度的影響 36
2.2.6 POSS-PDMS涂層的表面形貌特征 36
2.2.7 POSS-PDMS涂層的靜態(tài)水接觸角 39
2.2.8 小結(jié) 40
2.3 SiO2增強(qiáng)不同鏈段長度硅氧烷柔性的保護(hù)材料設(shè)計(jì)與性能研究 41
2.3.1 POSS-APTS和POSS-AHAPTMS的設(shè)計(jì)思路與合成 41
2.3.2 POSS-APTS和POSS-AHAPTMS的結(jié)構(gòu)表征 42
2.3.3 熱穩(wěn)定性與硅氧烷鏈段長度的關(guān)系 45
2.3.4 黏接性能及濕熱老化的影響 46
2.3.5 涂層透光性能 48
2.3.6 涂層表面形貌和親水性與硅氧烷鏈段的影響 48
2.3.7 小結(jié) 51
2.4 三種二氧化硅增強(qiáng)柔性硅氧烷保護(hù)材料對砂巖保護(hù)的應(yīng)用研究 52
2.4.1 砂巖樣品的制備 52
2.4.2 保護(hù)砂巖的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其隨老化的變化 54
2.4.3 保護(hù)砂巖的熱重分析 59
2.4.4 保護(hù)砂巖的SEM與顯微分析 60
2.4.5 色度變化及不同保護(hù)材料的影響 61
2.4.6 砂巖的吸水性能與水蒸氣透過性 62
2.4.7 保護(hù)砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)分析 65
2.4.8 凍融老化對三種保護(hù)砂巖的影響 66
2.4.9 耐鹽濕熱老化對三種保護(hù)砂巖的影響 68
2.4.10 三種保護(hù)材料對砂巖的黏接性能與黏接機(jī)理 70
2.4.11 三種保護(hù)材料現(xiàn)場應(yīng)用及對比分析 72
2.4.12 小結(jié) 74
第3章 水凝膠保護(hù)材料的設(shè)計(jì)與其性能研究 76
3.1 引言 76
3.2 膨潤土基水凝膠滲透加固型保護(hù)材料（SR）的設(shè)計(jì)思路
與性能研究 78
3.2.1 SR的設(shè)計(jì)思路 78
3.2.2 SR結(jié)構(gòu)調(diào)控 79
3.2.3 SR的載水、保水性和抗溶脹性能調(diào)控 81
3.2.4 SR的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征 82
3.2.5 SR的形貌和組成分析 83
3.2.6 小結(jié) 85
3.3 膨潤土基水凝膠滲透加固型保護(hù)材料（SR）保護(hù)砂巖的應(yīng)用研究 85
3.3.1 SR對砂巖的原位保護(hù)過程 85
3.3.2 保護(hù)砂巖的保護(hù)前后形貌和色度變化 86
3.3.3 保護(hù)砂巖的SEM與元素組成分析 87
3.3.4 保護(hù)砂巖的化學(xué)結(jié)構(gòu) 88
3.3.5 水凝膠在砂巖內(nèi)部分布—熒光示蹤技術(shù) 90
3.3.6 水凝膠在砂巖內(nèi)部分布—SEM分析 90
3.3.7 保護(hù)砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)、透氣性和吸水性 91
3.3.8 保護(hù)砂巖的機(jī)械強(qiáng)度 92
3.3.9 酸度老化對保護(hù)砂巖的影響 93
3.3.10 凍融老化對保護(hù)砂巖的影響 94
3.3.11 耐鹽濕熱老化對保護(hù)砂巖的影響 95
3.3.12 保護(hù)材料對砂巖的長效保護(hù)機(jī)理 96
3.3.13 保護(hù)材料現(xiàn)場應(yīng)用及對比分析 97
3.3.14 小結(jié) 99
3.4 膨潤土基水凝膠黏接型保護(hù)材料（AR）的設(shè)計(jì)思路與性能研究 100
3.4.1 AR的設(shè)計(jì)思路 100
3.4.2 AR結(jié)構(gòu)調(diào)控 100
3.4.3 AR的載水、保水性能調(diào)控 101
3.4.4 AR的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征 102
3.4.5 AR的形貌和組成分析 103
3.4.6 小結(jié) 104
3.5 膨潤土基水凝膠黏接型保護(hù)材料（AR）保護(hù)砂巖的應(yīng)用研究 104
3.5.1 保護(hù)砂巖的黏接性能 105
3.5.2 保護(hù)砂巖的掃描電鏡與元素組成分析 106
3.5.3 保護(hù)砂巖的化學(xué)結(jié)構(gòu) 107
3.5.4 保護(hù)材料對砂巖的黏接保護(hù)機(jī)理 108
3.5.5 保護(hù)砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)和透氣性 108
3.5.6 凍融老化對保護(hù)砂巖的影響 110
3.5.7 鹽濕熱老化對保護(hù)砂巖的影響 111
3.5.8 小結(jié) 112
3.6 滲透加固型膨潤土基防凍水凝膠保護(hù)材料（AF）的設(shè)計(jì)思路
與性能研究 113
3.6.1 AF材料的設(shè)計(jì)思路 113
3.6.2 AF的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征 114
3.6.3 AF的防凍和保水性 114
3.6.4 保護(hù)砂巖的化學(xué)結(jié)構(gòu) 116
3.6.5 保護(hù)砂巖的透氣性、吸水性和耐酸度 116
3.6.6 凍融老化對保護(hù)砂巖的影響 118
3.6.7 耐鹽濕熱老化對保護(hù)砂巖的影響 118
3.6.8 小結(jié) 119
第4章 硅基含氟環(huán)氧聚合物的分子設(shè)計(jì)與其性能研究 121
4.1 引言 121
4.2 二氧化硅基含氟環(huán)氧共聚物的分子設(shè)計(jì)與性能研究 124
4.2.1 SiO2-g-（PGMA-co-P12FMA）的設(shè)計(jì)思路與合成 124
4.2.2 SiO2-Br及SiO2-g-（PGMA-co-P12FMA）的結(jié)構(gòu)表征 126
4.2.3 膜表面化學(xué)組成與形貌對潤濕性能的影響 129
4.2.4 膜表面吸附水的動(dòng)態(tài)過程與表面結(jié)構(gòu)的關(guān)系 132
4.2.5 SiO2-g-（PGMA-co-P12FMA）的黏接性能及耐久性 132
4.2.6 SiO2-g-（PGMA-co-P12FMA）的熱穩(wěn)定性 134
4.2.7 小結(jié) 135
4.3 POSS基含氟環(huán)氧聚合物的合成及性能研究 135
4.3.1 POSS-g-（PGMA-co-P12FMA）2的分子設(shè)計(jì)與合成 135
4.3.2 POSS-g-（PGMA-co-P12FMA）2的結(jié)構(gòu)表征 137
4.3.3 溶劑對膜表面形貌與化學(xué)組成的影響 140
4.3.4 溶劑對黏接性能的影響及黏接耐久性 143
4.3.5 POSS-g-（PGMA-co-P12FMA）2涂膜的透光率 144
4.3.6 POSS-g-（PGMA-co-P12FMA）2的熱穩(wěn)定性能 145
4.3.7 小結(jié) 145
4.4 硅基含氟環(huán)氧聚合物保護(hù)砂巖的應(yīng)用研究 146
4.4.1 保護(hù)材料的吸收率 147
4.4.2 表面色差 147
4.4.3 表面接觸角和透氣性 148
4.4.4 加固保護(hù)耐鹽循環(huán) 149
4.4.5 黏接保護(hù)耐鹽循環(huán) 151
4.4.6 小結(jié) 153
第5章 硅基雜化材料保護(hù)砂巖文物及耐硫酸鈉風(fēng)化的研究 155
5.1 引言 155
5.2 親/疏水型SiO2基雜化材料加固保護(hù)砂巖的耐鹽風(fēng)化性能研究 159
5.2.1 可溶鹽對砂巖基體的破壞行為 161
5.2.2 可溶鹽在毛細(xì)管中的結(jié)晶行為 161
5.2.3 親/疏水型SiO2基雜化材料保護(hù)砂巖的耐鹽風(fēng)化性能 165
5.2.4 SiO2基雜化材料對砂巖吸水性和機(jī)械強(qiáng)度的影響 165
5.2.5 SiO2基雜化材料對砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響 169
5.2.6 小結(jié) 171
5.3 親/疏水型硅基材料黏接保護(hù)砂巖的耐鹽風(fēng)化性能研究 172
5.3.1 三種黏接材料的流動(dòng)性及表面潤濕性 174
5.3.2 三種黏接材料的涂層性能 176
5.3.3 黏接強(qiáng)度及黏接界面 178
5.3.4 黏接砂巖基體的耐鹽風(fēng)化性能 179
5.3.5 Na2SO4在黏接砂巖基體內(nèi)的結(jié)晶行為 182
5.3.6 小結(jié) 187
5.4 分散劑對POSS基雜化材料涂層及加固保護(hù)砂巖性能的影響 188
5.4.1 POSS基雜化材料在THF和CHCl3中的分散性 189
5.4.2 涂層的微孔結(jié)構(gòu)及表面潤濕性能 192
5.4.3 分散劑對涂層機(jī)械性能的影響 194
5.4.4 POSS基雜化材料對砂巖孔結(jié)構(gòu)的影響 196
5.4.5 POSS基雜化材料對砂巖內(nèi)部水循環(huán)的影響 198
5.4.6 分散劑對保護(hù)砂巖耐鹽風(fēng)化性能的影響 199
5.4.7 POSS基與SiO2基雜化材料性能對比 204
5.4.8 小結(jié) 205
5.5 內(nèi)源性鹽對硅基雜化材料保護(hù)砂巖的破壞行為研究 206
5.5.1 內(nèi)源性鹽溶液對立方體砂巖樣品的破壞行為 208
5.5.2 內(nèi)源性鹽溶液對圓柱體砂巖樣品的破壞行為 210
5.5.3 小結(jié) 213
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