超微粒粉体在手印显现技术中的应用

张丽梅边利臣张忠良杜 铎周宇龙

（1 中国刑警学院 沈阳 110035；2 福建省福州市公安局 福州 350000）

超微粒粉体在手印显现技术中的应用

张丽梅1边利臣2张忠良1杜 铎1周宇龙1

（1 中国刑警学院 沈阳 110035；2 福建省福州市公安局 福州 350000）

利用超微粒粉体的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应的特殊性质，研制开发具有较强的吸附能力、适用范围广、时效性强、操作简便的二种不同颜色的超微粒手印显现磁性粉末，即超微粒氧化铁磁性粉末、超微粒二氧化钛磁性粉末。

超微粒粉体 氧化铁 二氧化钛

随着纳米技术的不断发展，超微粉体表现出的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等逐渐被各领域广泛应用。许多刑事技术人员和相关科研机构也对纳米粉末在手印显现技术中的应用进行了研究，取得了显著成果。1999年，美国德克萨斯技术大学的研究小组首先制备了用二辛基硫化琥珀酸钠包覆的CdS纳米晶，将其溶解在庚烷中后，用其给经过氰基丙烯酸酯前处理的手印纹线着色;靳玉娟等合成的CdS量子点，显现非渗透客体上经502胶熏显后的潜手印，显现后的手印在365nm紫外光激发下发出浅黄绿色和橙色荧光。石志霞等合成了2～3nm的荧光CdSe量子点，并用于显现光滑客体上的潜手印;Theaker等使用包埋技术将二氧化硅颗粒同各种颜色的染料(包括荧光染料)相结合，制备了兼具疏水性和丰富色彩的新型二氧化硅颗粒,并分别通过悬浮液法和粉末法的对这2种不同类型的产物加以利用，将其作为新型试剂应用到潜手印显现中，最终获得了非常清晰的显现效果；ChoiL制备了纳米结构的氧化锌荧光粉末，并将其制成小颗粒悬浮液用于显现非渗透性表面上的潜手印。超微粒粉体的这些特殊性质使其具有较其他传统手印显现粉末更强的吸附能力，使得现场陈旧手印的显现成为可能。本文通过大量实验研制开发出了两种超微粒手印显现磁性粉末，较常规粉末扩大了应用范围，对现场陈旧手印也有很好的显现效果。

1 超微粒粉体特性概述

超微粉体即纳米粉末，通常是指粒度尺寸在1nm～100nm间的粒子，这些粒子处在原子簇与宏观物体交界的过渡区域，按照通常关于微观和宏观的观点看，这样的系统既不是典型的宏观系统也不是典型的微观系统，而是一种典型的介观系统，由于它的体积小、表面分布的原子多、粒子内的原子数目少等原因，使得它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。如果人们把宏观物体细分成超微颗粒（即纳米级），那么它将具有许多奇异的特性，表现在它的光学、力学、磁学、热学、电学以及化学等方面的性质与大块固体相比有明显的不同。

1.1 表面效应

球状颗粒的表面积与直径的平方成正比，体积与直径的立方成正比，因此球状颗粒的比表面积（表面积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径越来越小，其比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分比将会明显地增加。

图1.1 纳米表面效应

当粒子的直径大于0.1μm时颗粒的表面效应可以忽略不计，当直径小于0.1μm时，粒子表面原子百分数急剧增加，甚至1g超微颗粒表面积的总和可高达100m2，这时的表面效应将不容忽略。超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金属超微颗粒（直径为2×10-3μm）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多粒晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10nm后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。

1.2 小尺寸效应

物质颗粒随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生一系列新奇的性质。如特殊的光学性质、特殊的磁学性质、特殊的力学性质等。

图1.2 小尺寸效应

1.3 宏观量子隧道效应

图1.3 宏观量子隧道效应

纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10μm降至10nm时，其粒径虽然改变了1000倍，但换算成体积时则将有109倍之差，所以二者行为上将产生明显的差异。纳米粒子异于大块物质的理由是其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。

2 实验器材及药品

纳米氧化铁（北京纳辰科技发展有限责任公司）、纳米二氧化钛（北京纳辰科技发展有限责任公司）、铁粉（上海国药集团有限公司）、植物油、矿物油。

托盘天平、研钵、磁性刷；瓷砖、塑料、玻璃、油漆木、铝合金等。

3 实验研究

3.1 超微粒磁性粉末的研制

3.1.1 超微粒氧化铁磁性粉末的研制

分别称取一定质量的铁粉和超微粒氧化铁，分别称量铁粉与超微粒氧化铁粉末的质量比为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，然后将二组分充分研磨在一起，在不同客体上进行显现，观察其实验效果。通过实验证明，铁粉和超微粒氧化铁质量比在6:1时的超微氧化铁磁性粉末显现手印效果达到最佳。

3.1.2 超微粒二氧化钛磁性粉末的研制

分别称取一定质量的铁粉和超微粒二氧化钛，分别称量铁粉与超微粒二氧化钛的质量比为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，然后将二组分充分研磨在一起，在不同客体上进行显现，观察其实验效果。通过实验证明，铁粉和超微粒二氧化钛质量比在4:1时的超微粒二氧化钛磁性粉末显现手印效果达到最佳。

3.2 超微粒磁性粉末在不同客体上的显现效果

图3.1 超微粒氧化铁磁性粉末在不同客体上的显现效果

图3.2 超微粒二氧化钛磁性粉末在不同客体上的显现效果

从上述实验结果可以看出，利用超微粒磁性粉末可以显现遗留在多种客体上的手印，显出的手印纹线细腻、均匀、流畅，与背景反差明显，细节特征清晰完整，具有鉴定价值。

3.3 超微粒磁性粉末的时效性实验

志愿者首先将手洗净，自然晾干，10分钟后在塑料片上分别捺印手印，分别放置1、3、5、7、15、30、45、60天，然后做手印显现实验，统计数据如表3.1所示。

表3.1 超微粒磁性粉末的时效性实验

通过实验证明，超微粒磁性粉末附着性强，显现的手印在时效性上优于普通磁性粉末。

4 讨论

在制作超微粒磁性粉末时，对于新鲜手印超微粉末的质量比铁粉的比例略小手印显现效果好，对于陈旧手印超微粉末的质量比铁粉的比例略大手印显现效果好。

超微粉末颗粒细小、均匀，比表面积大，制成的超微粒磁性粉末适应范围广、吸附能力强，流散性好。对于橡胶、塑料片、油漆木、水果皮等客体上遗留的手印使用超微粒磁性粉末显现手印的效果要优于普通磁性粉末，适合在公安实践工作中进行推广应用。

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公安部应用创新计划项目 （2010YYCXXJXY110）；公安部重点研究计划项目（2011ZDYJXJXY001）