具有蝶翅結(jié)構(gòu)的納米磁性金屬材料制備及應(yīng)用其制備防偽壓印材料的研究.pdf

1、材料是社會生產(chǎn)力的標(biāo)志，每一次生產(chǎn)力的提升都有其標(biāo)志性的材料為奠基，石器時代、青銅器時代以及鐵器時代標(biāo)志著人類古代生產(chǎn)力的逐步提高。當(dāng)今時代，材料作為社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，同樣對社會發(fā)展進(jìn)步有著決定性的作用，毋庸置疑，當(dāng)前各國之間的科技實力差距在于材料領(lǐng)域的差距。材料領(lǐng)域的發(fā)展水平不僅直接與人民的生活密不可分，同樣決定著當(dāng)前國家的國防安全。只有材料領(lǐng)域不落后與他人，人民的物質(zhì)生活才能得到保障，國家才能長治久安。
　　如今，隨著科學(xué)技

2、術(shù)的發(fā)展，以及對新領(lǐng)域的探索和開發(fā)，對材料性能的要求提出了更大的需求，例如在汽車尾氣處理中，我們不僅需要具有大表面積的材料以支撐更多的催化劑及提高與汽車尾氣的接觸面積，同樣由于排氣管自身的惡劣環(huán)境，使得材料還必須擁有強(qiáng)大的抗熱震性能。材料的性能由材料的物質(zhì)組成與材料結(jié)構(gòu)共同決定，過去研究者們多通過對材料的組成的控制來對材料性能進(jìn)行改進(jìn)，但對材料組成控制的探索無法對材料性能進(jìn)行深刻的理論解釋和總結(jié)，以至于對材料能行的改進(jìn)程度十分有限，同時

3、實驗的半盲目性需要耗費(fèi)大量的時間和精力，無法滿足高速發(fā)展的社會對材料的需求。隨著顯微鏡的發(fā)明，人類開始將目光集中在對材料微觀結(jié)構(gòu)的控制上，已達(dá)到對材料性能的可控與優(yōu)化。在制備新型結(jié)構(gòu)功能材料方面，自然界為我們提供了大量的微觀結(jié)構(gòu)實例，也為我們開發(fā)新的微觀結(jié)構(gòu)材料提供的思路，這些生物經(jīng)過億萬年的自然篩選，使其具備了多維度分級精細(xì)結(jié)構(gòu)。最近，隨著邊緣學(xué)科和交叉學(xué)科的普遍開展，仿生材料得到了迅猛的發(fā)展，使用遺態(tài)制備材料的方法正得到越來越廣泛的

4、關(guān)注，該領(lǐng)域在制備未來適應(yīng)高要求的功能材料具有巨大的優(yōu)勢。
　　蝴蝶經(jīng)過長期的進(jìn)化，為了生存，蝶翅具有很多適應(yīng)環(huán)境有關(guān)的優(yōu)異性能，這些功能與蝶翅的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。蝶翅有著精細(xì)的微觀分級結(jié)構(gòu)使其具有非常好疏水性。這些性能和結(jié)構(gòu)都為新材料的制備提供了源源不斷的新思路，以蝶翅為模板制備遺態(tài)材料已成為最近研究新材料的一個熱點。使用經(jīng)長期進(jìn)化的生物本體存在復(fù)雜的分級微觀結(jié)構(gòu)材料作為模板,通過人為材料的替換和生物本體結(jié)構(gòu)的保留,制備既保持自

5、然界生物精細(xì)形貌和結(jié)構(gòu),又有根據(jù)需要而新增的特性和功能材料。
　　防偽技術(shù)隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量劣質(zhì)假冒產(chǎn)品的涌入而得到人們的重視。偽劣產(chǎn)品已成經(jīng)濟(jì)全球化的公害之意，不僅擾亂了經(jīng)濟(jì)市場秩序，同樣還對科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。尋求難以破譯的防偽技術(shù)已成社會亟待解決的難題，利用具有獨一無二，而又分級有序的微觀結(jié)構(gòu)的生物體作為模板，材料遺態(tài)制備方法進(jìn)行防偽材料制備，將有望在該領(lǐng)域取得實質(zhì)性進(jìn)展。
　　蝶翅90％

6、以上的成分為甲殼素（chitin），利用蝶翅作為生物模板，利用其自身的碳元素作為碳源，采用熱碳還原法制備具有磁性的金屬，使得所得金屬不僅具有分級微觀結(jié)構(gòu)，同時由于被碳層包裹而具有優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性能。使用制備得到的金屬蝶翅作為壓印材料，壓印在軟質(zhì)材料上時，由于金屬蝶翅具有較強(qiáng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，其反結(jié)構(gòu)能清晰的遺留在軟質(zhì)材料上；同時由于金屬蝶翅具有強(qiáng)疏水性能和磁性，采用磁鐵吸附法將金屬蝶翅軟質(zhì)材料分離，避免了機(jī)械分離可能造成的結(jié)構(gòu)破壞。壓

7、印后的圖案可以作為高防偽標(biāo)志。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.選用兩種不同微觀結(jié)構(gòu)的蝴蝶：巴黎翠鳳蝶和鶴頂粉蝶的前翅作為原始模板，巴黎翠鳳蝶的前翅為準(zhǔn)蜂窩狀結(jié)構(gòu)，鶴頂粉蝶蝶翅的鱗片具有周期性格子結(jié)構(gòu)。本工作中制備磁性金屬遺態(tài)材料的方法主要是首先對蝶翅進(jìn)行前處理，然后將前處理后的蝶翅浸漬于優(yōu)選的前驅(qū)體溶液中，再經(jīng)過真空燒結(jié)，從而獲得完好保留原始蝴蝶翅膀微觀分級結(jié)構(gòu)的磁性金屬遺態(tài)材料。通過 XRD、FESEM、TEM等表征方法，對

8、這些遺態(tài)材料的微觀結(jié)構(gòu)、組織成分、晶體類型等信息進(jìn)行表征，證明獲得了完好保留原始蝴蝶翅膀微觀分級結(jié)構(gòu)的遺態(tài)磁性金屬材料。
　　2.對材料的磁學(xué)性能和疏水性能進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)材料較之其他無微觀結(jié)構(gòu)的對應(yīng)材料有更強(qiáng)的磁性，而且所得材料與原始蝶翅具有同樣優(yōu)異的疏水性能。采用同樣的原位碳熱還原法，我們還制備得到了Cu和Bi，以證明該方法具有普適性，能夠制備得到其他任何能被 C還原的金屬材料，這為制備其他可能性功能材料提供了另一條有效途徑。