Nanorészecskék segíthetik a műemlékvédelmet
A történelmi-kulturális örökségünk részét képező építmények egy része porózus kőzetekből - például homokkőből, mészkőből - készült, ezek a kőzetek pedig az évszázadok során könnyen elmállanak.
A Bécsi Műszaki Egyetem (TU Wien) kutatói olyan eljárást fejlesztettek ki, amellyel ezek az épületek megmenthetőek, állagromlásuk megállítható, a kő szilárdsága pedig visszaállítható. Bécs számos műemléképülete készült olyan kőzetekből, amelyeken az idő múlása ma már alaposan meglátszik, ilyen például a Stephansdom (Szent István-székesegyház) mészköve, amelyet ugyan könnyű volt megmunkálni az építés idején, ám mára jelentős állagromláson esett át. Az építmény egyes részein a mészkőben lévő gyenge kötődésű kalcit-ásványok könnyen morzsálódóvá teszik a kőzetet, ami gyakori és költséges helyreállítási munkákhoz vezet.
A bécsi kutatók speciális szilikát nanorészecskékkel javítanák az építmények mállékony kőzeteit. Bár a módszert már használják, az nem volt világos, hogy pontosan mi is zajlik ilyenkor a kőzetben. A Bécsi Műszaki Egyetem és az Oslói Egyetem kutatói mikroszkópos és szinkrotronos vizsgálatokkal tárták fel a folyamatokat, a vizsgálatok segítségével az is kideríthető, mely típusú nanorészecskék a leginkább megfelelőek e feladatokra. A szinkrotronnal beinjektált részecskék „kötési” ideje alatt végeztek méréseket, ebből derült fény a folyamat lépéseire.
A kutatók vizes oldatot használnak, amelyben szabadon lebegnek a nanorészecskék. Amikor az oldatot beinjektálják a kőbe, a víz elpárolog, a nanorészecskék plusz kapcsolatokat, stabil összeköttetéseket építenek ki a kőzet kristályaiban, gyakorlatilag a kristályosodás egy speciális esete zajlik, ún. kolloid kristályok alakulnak ki, amelyek stabilabbá teszik a kőzetet. Különböző méretű és koncentrációjú nanorészecskékkel vizsgálódtak, s ebből kiderült, hogy a részecskék mérete igen fontos tényező az optimális hatás érdekében. Később, a már kialakult kötést követően speciális interferencia-mikroszkóppal a kötések erősségét is megmérték.
„Minél kisebbek voltak a nanorészecskék, annál erősebb kötés alakult ki az ásványi szemcsék között” – mondta el Joanna Dziadkowiec, a kutatásról készül, a Langmuir szakfolyóiratban közzé tett tanulmány első szerzője. „A kisebb nanorészecskék több kötési pontot hozhatnak létre a kőzet ásványi szemcséi közt kialakuló kolloid kristályokkal, a kötésekben részt vevő szemcsék száma is nagyobb, ráadásul a kötések erősebbek is lesznek.”
Kiderült az is, hogy az oldat koncentrációjának változása hatására a kolloid kristályok képződése is eltér kissé, ezzel a tudással pedig célzottabb és hatékonyabb épületfelújítási munkákat lehet majd végezni.