具有蝶翅結構的納米磁性金屬材料制備及應用其制備防偽壓印材料的研究.pdf

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

2、術的發(fā)展，以及對新領域的探索和開發(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大的抗熱震性能。材料的性能由材料的物質組成與材料結構共同決定，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行改進，但對材料組成控制的探索無法對材料性能進行深刻的理論解釋和總結，以至于對材料能行的改進程度十分有限，同時

3、實驗的半盲目性需要耗費大量的時間和精力，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構的控制上，已達到對材料性能的可控與優(yōu)化。在制備新型結構功能材料方面，自然界為我們提供了大量的微觀結構實例，也為我們開發(fā)新的微觀結構材料提供的思路，這些生物經過億萬年的自然篩選，使其具備了多維度分級精細結構。最近，隨著邊緣學科和交叉學科的普遍開展，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、關注，該領域在制備未來適應高要求的功能材料具有巨大的優(yōu)勢。
　　蝴蝶經過長期的進化，為了生存，蝶翅具有很多適應環(huán)境有關的優(yōu)異性能，這些功能與蝶翅的微觀結構密切相關。蝶翅有著精細的微觀分級結構使其具有非常好疏水性。這些性能和結構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。使用經長期進化的生物本體存在復雜的分級微觀結構材料作為模板,通過人為材料的替換和生物本體結構的保留,制備既保持自

5、然界生物精細形貌和結構,又有根據(jù)需要而新增的特性和功能材料。
　　防偽技術隨著社會經濟的快速發(fā)展，大量劣質假冒產品的涌入而得到人們的重視。偽劣產品已成經濟全球化的公害之意，不僅擾亂了經濟市場秩序，同樣還對科學技術的進步發(fā)展造成了嚴重的負面影響。尋求難以破譯的防偽技術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構的生物體作為模板，材料遺態(tài)制備方法進行防偽材料制備，將有望在該領域取得實質性進展。
　　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構，同時由于被碳層包裹而具有優(yōu)異的物理化學穩(wěn)定性能。使用制備得到的金屬蝶翅作為壓印材料，壓印在軟質材料上時，由于金屬蝶翅具有較強的強度和穩(wěn)定性，其反結構能清晰的遺留在軟質材料上；同時由于金屬蝶翅具有強疏水性能和磁性，采用磁鐵吸附法將金屬蝶翅軟質材料分離，避免了機械分離可能造成的結構破壞。壓

7、印后的圖案可以作為高防偽標志。主要的研究內容和結果如下：
　　1.選用兩種不同微觀結構的蝴蝶：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蜂窩狀結構，鶴頂粉蝶蝶翅的鱗片具有周期性格子結構。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行前處理，然后將前處理后的蝶翅浸漬于優(yōu)選的前驅體溶液中，再經過真空燒結，從而獲得完好保留原始蝴蝶翅膀微觀分級結構的磁性金屬遺態(tài)材料。通過 XRD、FESEM、TEM等表征方法，對

8、這些遺態(tài)材料的微觀結構、組織成分、晶體類型等信息進行表征，證明獲得了完好保留原始蝴蝶翅膀微觀分級結構的遺態(tài)磁性金屬材料。
　　2.對材料的磁學性能和疏水性能進行了測試，發(fā)現(xiàn)材料較之其他無微觀結構的對應材料有更強的磁性，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。