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格物寻理丨如何用“琥珀”留住春天?

“最是人间留不住,朱颜辞镜花辞树”,如果能留住春天的美该有多好!

生命之美的保存,不再仅是博物馆和学术界的专利,一种创新的方法——环氧树脂滴胶工艺,让我们在家中也能珍藏大自然赐予的礼物。

树脂手工作品(西小理供图)

近期举办的春季湖心讲堂 “观石中乾坤,从一片石头的推理开始”展台活动中,理学院西小理科普团和湖心讲堂联合打造了这次互动 ——“琥珀标本DIY”。

活动现场非常火爆。西小理科普团提供了校园内采集的各种植物作为“标本”,用现场混合的环氧树脂模拟“琥珀”,让参与者挑选自己喜欢的植物放入模具中,经过倒胶和封装,每个人都能带回一件独一无二的“琥珀标本”。

“琥珀标本DIY”活动现场(湖心讲堂供图)

制作过程中,小朋友和家长们都提出了许多问题。为此,我们通过西小理的科普信箱栏目来一一解答。


不少人非常好奇,这个看似普通的“胶水”究竟是什么?它和古老的琥珀有何渊源?

实际上,琥珀和我们使用的“胶水“都是一种树脂材料,它们会从粘稠的液态逐渐硬化成固态。琥珀来自植物分泌的一种天然树脂,常常会粘住昆虫或植物,随后在地质年代的漫长岁月中逐渐硬化,最终变成封存着远古记忆的琥珀。而我们的手工活动,使用的是一种称为环氧树脂的合成材料,它模拟了琥珀的硬化过程,但仅需24小时即可固化。

琥珀形成过程示意图 [1], [2], [3]

为了理解树脂的固化过程,我们将涉及一种关键的化学反应——聚合反应,它描述了小分子单体之间通过形成化学键,转化为大分子聚合物的过程。

聚合反应示意图[3]

天然树脂刚被植物分泌出来时,以小分子单体的形式存在。较短的几周时间内,单体之间互相连接形成长链,树脂的流动性逐渐消失。随后,在漫长的地质活动中,长链之间进一步交联、互相缠绕,最终形成了硬度不亚于黄金和白银的琥珀。

天然树脂聚合过程 [4]

而本次活动使用的环氧树脂,则是通过AB胶双组分的混合,使固化过程在人为控制的条件下迅速发生。其中,A胶是一种含有环氧基团的树脂,B胶是胺基交联剂,当这两种组分混合时,环氧基团与交联剂之间发生化学反应,促使树脂长链互相交联成为分子量更大、结构更为复杂的网络状结构,这个过程显著地快于琥珀的形成。

环氧树脂交联过程 [5]

此外,琥珀和环氧树脂还有一个有趣的渊源:琥珀的前身,是由古老的植物通过光合作用,利用空气中的二氧化碳合成的树脂,封存了那个时代的生命痕迹,经过亿万年的地质变迁最终形成琥珀。而环氧树脂尽管出身于现代化工,其原料却来自于地下沉积了数百万年的石油,我们使用化工产品,实际上是利用了地球古生态系统的能量。

天然琥珀与合成树脂的渊源 [6]

由于活动太火爆,物料告罄。大家纷纷询问这个手工能不能自己在家做,安全性如何?

答案是肯定的。市面上可以买到环氧树脂手工套装,包括AB胶和模具,供你在家中自己动手制作。活动中使用的是透明的环氧树脂,常被称为“水晶滴胶”,是一种安全无毒的材料,广泛用于饰品制作中。

制作过程包括以下步骤:干燥动植物标本,按比例混合AB胶,搅拌均匀,将标本放入硅胶模具,倒入混合均匀的AB胶,静置等待固化,脱模。(在操作过程中,需要注意佩戴手套、防止入眼和误食。)

环氧树脂标本制作流程(西小理供图)

此外,对于想要DIY的朋友,我们在此分享两个准备材料和制作过程中的经验:

(1)在购买AB胶时,建议选择固化时间较长(大约24小时)的产品。这样的产品不仅更安全,无刺激性气味,而且较慢的固化过程有利于自动消除制作过程中可能产生的气泡。

(2)使用经过干燥处理的标本,固化后的树脂虽然看似密封住了标本,但在微观结构上却是多孔的,氧气分子可以渗透进入。如果标本中含有水分,在保存过程中容易发生氧化变质。

希望这份来自西湖春日的礼物能够留住大家对科学的好奇心。没能参与的小伙伴们,心动不如行动,想不想试试看,把春天的记忆做成一个精致的立体相册呢?


图片来源

[1] SEYFULLAH L J, BEIMFORDE C, DAL CORSO J, et al. Production and preservation of resins – past and present [J]. Biological Reviews, 2018, 93(3): 1684-714.

[2] THE MAGICAL WORLD OF AMBER [Z].

[3] 7 Amazing Facts About Amber Gemstone [Z].

[4] BAI F, LIANG H, QU H. Structural Evolution of Burmese Amber during Petrifaction Based on a Comparison of the Spectral Characteristics of Amber, Copal, and Rosin [J]. Journal of Spectroscopy, 2019, 2019: 1-11.

[5] KIM H-S, HUH J, RYU J. Investigation of moisture-induced delamination failure in a semiconductor package via multi-scale mechanics [J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2010, 44(3).

[6] THOMPSON J. Brontosaurus Oil Well Pump [Z].