合成新型改性纳米粒子显现手印的研究

摘要

纳米材料具有晶粒微小，表面积大，扩散率高，相互作用强烈等传统粉末不具备的特殊性质，表现出独特的物理化学性质，受到了国内外法庭科学专家的青睐，逐渐成为国内外手印检验专业研究的热点。目前研究比较集中的纳米材料主要有镉、铕等半导体纳米材料，金、银、锌、铁、钛等金属纳米粒子，上述材料在一定程度上具有毒性，以二氧化硅作为基本材料的纳米粒子，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，具有量子尺寸效应、量子隧道效应和特殊的光电特性，具有高强、高韧、稳定性好等优势。当纳米二氧化硅与水溶液接触时，表面不饱和的残键得到修复，与水分子之间表现出很强的吸附能力，同时也使纳米二氧化硅在油性介质中极易团聚，分散性和稳定性较差，若将纳米二氧化硅粒子应用于手印的刷显过程，必须对其进行表面亲油改性，提高显现手印的能力。本文在归纳和总结半导体及金属纳米材料显现手印的发展历程和最新进展基础之上，选择具有表面易改特性的二氧化硅纳米材料作为基础材料，提出了合成新型亲油性二氧化硅纳米复合材料的技术方法，并对新型纳米复合材料显现非渗透性客体上潜在手印的能力与传统粉末法进行了比较考察。首先，采用Stober溶胶-凝胶法制备二氧化硅纳米颗粒，用十八烷基三氯硅烷（octadecyltrichlorosilane，OTS）进行表面亲油性改性。十八烷基三氯硅烷与硅球表面的硅羟基发生缩合反应，脱去氯化氢，最终生成的二氧化硅表面的Si-R和Si-OH基团共存，在较高的十八烷基三氯硅烷浓度下，二氧化硅表面的羟基几乎被全部取代，从而生成表面只有Si-R基团的亲油性纳米二氧化硅复合材料。通过调控十八烷基三氯硅烷与纳米二氧化硅的用量比，改变二氧化硅纳米球表面的Si-R和Si-OH的基团比，得到不同改性程度的二氧化硅纳米复合材料。再利用扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱检测（FT-IR）、X射线光电子能谱测试（XPS）、X射线衍射测试（XRD）对改性纳米粒子进行表征。结果表明，合成的新型二氧化硅纳米粒子亲油性能良好，形态均一，稳定性强。然后通过由十八烷基三氯硅烷修饰的纳米二氧化硅粉末处理非渗透性客体表面潜在油汗混合手印，对影响粉末法显现效果的二氧化硅纳米颗粒的粒径和二氧化硅改性程度进行调整，通过综合考察手印表面有无滞粉、粘粉以及纹线的连续性等因素最终确定二氧化硅与十八烷基三氯硅烷的质量配比为10׃1，粒径为700 nm的二氧化硅粉末显现效果较好。将十八烷基三氯硅烷改性的新型亲油性二氧化硅纳米粉末与常用的金粉、银粉和黑色磁性粉进行手印显现比对实验，在自然光下观察不同粉末显现非渗透性客体（玻璃、陶瓷、黑色硬塑料）表面潜在油汗混合手印效果，新型纳米粉末显现出的手印图像纹线清晰连贯，背景反差好，细节特征清晰。本研究设计合成的纳米二氧化硅粉末在有机相中具有一定的分散性，解决了纳米粒子在有机相中的软团聚现象，增强了与手印残留物的结合能力；颗粒的粒径处于纳米级，提高了与手印残留物的粘附性；由于这种复合材料选择性高，仅与手印纹线上的油脂发生粘附作用，可以减小手印图像的背景干扰，增强对比度，可以用于显现非渗透性客体表面的潜在油汗混合手印。%ABSTRACT:Motivated by the demand for the development of latent fingerprint with nanotechnology, a new type of nanometer-sized amphiphilic silica particles was synthesized by sol-gel method and modiifed using tetraethyl orthosilicate (TEOS) and octadecyltrichlorosilane (OTS). The prepared particles were characterized by various methods to show that their structure and properties were adequate for fingerprint development in the forensic science field. When compared to other silica particles, the modiifed powder appeared highly lipophilic and monodisperse. The effects of synthesis conditions and size of silica sphere were also discussed. The high-quality ifngerprints on smooth nonporous objects were developed using the new type of particles, indicating that a new sensitive latent ifngerprint developing assay was obtained. The prepared particle exhibits such attractive features as time saving, simple procedures, convenient operation and reasonable price.