張麗梅邊利臣張忠良杜 鐸周宇龍

（1 中國(guó)刑警學(xué)院 沈陽 110035；2 福建省福州市公安局 福州 350000）

超微粒粉體在手印顯現(xiàn)技術(shù)中的應(yīng)用

張麗梅1邊利臣2張忠良1杜 鐸1周宇龍1

（1 中國(guó)刑警學(xué)院 沈陽 110035；2 福建省福州市公安局 福州 350000）

利用超微粒粉體的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)的特殊性質(zhì)，研制開發(fā)具有較強(qiáng)的吸附能力、適用范圍廣、時(shí)效性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便的二種不同顏色的超微粒手印顯現(xiàn)磁性粉末，即超微粒氧化鐵磁性粉末、超微粒二氧化鈦磁性粉末。

超微粒粉體 氧化鐵 二氧化鈦

隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，超微粉體表現(xiàn)出的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等逐漸被各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。許多刑事技術(shù)人員和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)也對(duì)納米粉末在手印顯現(xiàn)技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，取得了顯著成果。1999年，美國(guó)德克薩斯技術(shù)大學(xué)的研究小組首先制備了用二辛基硫化琥珀酸鈉包覆的CdS納米晶，將其溶解在庚烷中后，用其給經(jīng)過氰基丙烯酸酯前處理的手印紋線著色;靳玉娟等合成的CdS量子點(diǎn)，顯現(xiàn)非滲透客體上經(jīng)502膠熏顯后的潛手印，顯現(xiàn)后的手印在365nm紫外光激發(fā)下發(fā)出淺黃綠色和橙色熒光。石志霞等合成了2～3nm的熒光CdSe量子點(diǎn)，并用于顯現(xiàn)光滑客體上的潛手印;Theaker等使用包埋技術(shù)將二氧化硅顆粒同各種顏色的染料(包括熒光染料)相結(jié)合，制備了兼具疏水性和豐富色彩的新型二氧化硅顆粒,并分別通過懸浮液法和粉末法的對(duì)這2種不同類型的產(chǎn)物加以利用，將其作為新型試劑應(yīng)用到潛手印顯現(xiàn)中，最終獲得了非常清晰的顯現(xiàn)效果；ChoiL制備了納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅熒光粉末，并將其制成小顆粒懸浮液用于顯現(xiàn)非滲透性表面上的潛手印。超微粒粉體的這些特殊性質(zhì)使其具有較其他傳統(tǒng)手印顯現(xiàn)粉末更強(qiáng)的吸附能力，使得現(xiàn)場(chǎng)陳舊手印的顯現(xiàn)成為可能。本文通過大量實(shí)驗(yàn)研制開發(fā)出了兩種超微粒手印顯現(xiàn)磁性粉末，較常規(guī)粉末擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)陳舊手印也有很好的顯現(xiàn)效果。

1 超微粒粉體特性概述

超微粉體即納米粉末，通常是指粒度尺寸在1nm～100nm間的粒子，這些粒子處在原子簇與宏觀物體交界的過渡區(qū)域，按照通常關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既不是典型的宏觀系統(tǒng)也不是典型的微觀系統(tǒng)，而是一種典型的介觀系統(tǒng)，由于它的體積小、表面分布的原子多、粒子內(nèi)的原子數(shù)目少等原因，使得它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。如果人們把宏觀物體細(xì)分成超微顆粒（即納米級(jí)），那么它將具有許多奇異的特性，表現(xiàn)在它的光學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)以及化學(xué)等方面的性質(zhì)與大塊固體相比有明顯的不同。

1.1 表面效應(yīng)

球狀顆粒的表面積與直徑的平方成正比，體積與直徑的立方成正比，因此球狀顆粒的比表面積（表面積／體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑越來越小，其比表面積將會(huì)顯著增大，說明表面原子所占的百分比將會(huì)明顯地增加。

圖1.1 納米表面效應(yīng)

當(dāng)粒子的直徑大于0.1μm時(shí)顆粒的表面效應(yīng)可以忽略不計(jì)，當(dāng)直徑小于0.1μm時(shí)，粒子表面原子百分?jǐn)?shù)急劇增加，甚至1g超微顆粒表面積的總和可高達(dá)100m2，這時(shí)的表面效應(yīng)將不容忽略。超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對(duì)金屬超微顆粒（直徑為2×10-3μm）進(jìn)行電視攝像，實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多粒晶等），它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)，尺寸大于10nm后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時(shí)微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識(shí)地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。

1.2 小尺寸效應(yīng)

物質(zhì)顆粒隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對(duì)超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生一系列新奇的性質(zhì)。如特殊的光學(xué)性質(zhì)、特殊的磁學(xué)性質(zhì)、特殊的力學(xué)性質(zhì)等。

圖1.2 小尺寸效應(yīng)

1.3 宏觀量子隧道效應(yīng)

圖1.3 宏觀量子隧道效應(yīng)

納米材料具有一定的獨(dú)特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時(shí)，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點(diǎn)來描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由10μm降至10nm時(shí)，其粒徑雖然改變了1000倍，但換算成體積時(shí)則將有109倍之差，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。納米粒子異于大塊物質(zhì)的理由是其表面積相對(duì)增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結(jié)，同時(shí)因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。

2 實(shí)驗(yàn)器材及藥品

納米氧化鐵（北京納辰科技發(fā)展有限責(zé)任公司）、納米二氧化鈦（北京納辰科技發(fā)展有限責(zé)任公司）、鐵粉（上海國(guó)藥集團(tuán)有限公司）、植物油、礦物油。

托盤天平、研缽、磁性刷；瓷磚、塑料、玻璃、油漆木、鋁合金等。

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 超微粒磁性粉末的研制

3.1.1 超微粒氧化鐵磁性粉末的研制

分別稱取一定質(zhì)量的鐵粉和超微粒氧化鐵，分別稱量鐵粉與超微粒氧化鐵粉末的質(zhì)量比為1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1的混合粉末，然后將二組分充分研磨在一起，在不同客體上進(jìn)行顯現(xiàn)，觀察其實(shí)驗(yàn)效果。通過實(shí)驗(yàn)證明，鐵粉和超微粒氧化鐵質(zhì)量比在6:1時(shí)的超微氧化鐵磁性粉末顯現(xiàn)手印效果達(dá)到最佳。

3.1.2 超微粒二氧化鈦磁性粉末的研制

分別稱取一定質(zhì)量的鐵粉和超微粒二氧化鈦，分別稱量鐵粉與超微粒二氧化鈦的質(zhì)量比為1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1的混合粉末，然后將二組分充分研磨在一起，在不同客體上進(jìn)行顯現(xiàn)，觀察其實(shí)驗(yàn)效果。通過實(shí)驗(yàn)證明，鐵粉和超微粒二氧化鈦質(zhì)量比在4:1時(shí)的超微粒二氧化鈦磁性粉末顯現(xiàn)手印效果達(dá)到最佳。

3.2 超微粒磁性粉末在不同客體上的顯現(xiàn)效果

圖3.1 超微粒氧化鐵磁性粉末在不同客體上的顯現(xiàn)效果

圖3.2 超微粒二氧化鈦磁性粉末在不同客體上的顯現(xiàn)效果

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用超微粒磁性粉末可以顯現(xiàn)遺留在多種客體上的手印，顯出的手印紋線細(xì)膩、均勻、流暢，與背景反差明顯，細(xì)節(jié)特征清晰完整，具有鑒定價(jià)值。

3.3 超微粒磁性粉末的時(shí)效性實(shí)驗(yàn)

志愿者首先將手洗凈，自然晾干，10分鐘后在塑料片上分別捺印手印，分別放置1、3、5、7、15、30、45、60天，然后做手印顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3.1所示。

表3.1 超微粒磁性粉末的時(shí)效性實(shí)驗(yàn)

通過實(shí)驗(yàn)證明，超微粒磁性粉末附著性強(qiáng)，顯現(xiàn)的手印在時(shí)效性上優(yōu)于普通磁性粉末。

4 討論

在制作超微粒磁性粉末時(shí)，對(duì)于新鮮手印超微粉末的質(zhì)量比鐵粉的比例略小手印顯現(xiàn)效果好，對(duì)于陳舊手印超微粉末的質(zhì)量比鐵粉的比例略大手印顯現(xiàn)效果好。

超微粉末顆粒細(xì)小、均勻，比表面積大，制成的超微粒磁性粉末適應(yīng)范圍廣、吸附能力強(qiáng)，流散性好。對(duì)于橡膠、塑料片、油漆木、水果皮等客體上遺留的手印使用超微粒磁性粉末顯現(xiàn)手印的效果要優(yōu)于普通磁性粉末，適合在公安實(shí)踐工作中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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