材料是社会生产力的标志，每一次生产力的提升都有其标志性的材料为奠基，石器时代、青铜器时代以及铁器时代标志着人类古代生产力的逐步提高。当今时代，材料作为社会发展的物质基础，同样对社会发展进步有着决定性的作用，毋庸置疑，当前各国之间的科技实力差距在于材料领域的差距。材料领域的发展水平不仅直接与人民的生活密不可分，同样决定着当前国家的国防安全。只有材料领域不落后与他人，人民的物质生活才能得到保障，国家才能长治久安。
如今，随着科学技术的发展，以及对新领域的探索和开发，对材料性能的要求提出了更大的需求，例如在汽车尾气处理中，我们不仅需要具有大表面积的材料以支撑更多的催化剂及提高与汽车尾气的接触面积，同样由于排气管自身的恶劣环境，使得材料还必须拥有强大的抗热震性能。材料的性能由材料的物质组成与材料结构共同决定，过去研究者们多通过对材料的组成的控制来对材料性能进行改进，但对材料组成控制的探索无法对材料性能进行深刻的理论解释和总结，以至于对材料能行的改进程度十分有限，同时实验的半盲目性需要耗费大量的时间和精力，无法满足高速发展的社会对材料的需求。随着显微镜的发明，人类开始将目光集中在对材料微观结构的控制上，已达到对材料性能的可控与优化。在制备新型结构功能材料方面，自然界为我们提供了大量的微观结构实例，也为我们开发新的微观结构材料提供的思路，这些生物经过亿万年的自然筛选，使其具备了多维度分级精细结构。最近，随着边缘学科和交叉学科的普遍开展，仿生材料得到了迅猛的发展，使用遗态制备材料的方法正得到越来越广泛的关注，该领域在制备未来适应高要求的功能材料具有巨大的优势。
蝴蝶经过长期的进化，为了生存，蝶翅具有很多适应环境有关的优异性能，这些功能与蝶翅的微观结构密切相关。蝶翅有着精细的微观分级结构使其具有非常好疏水性。这些性能和结构都为新材料的制备提供了源源不断的新思路，以蝶翅为模板制备遗态材料已成为最近研究新材料的一个热点。使用经长期进化的生物本体存在复杂的分级微观结构材料作为模板,通过人为材料的替换和生物本体结构的保留,制备既保持自然界生物精细形貌和结构,又有根据需要而新增的特性和功能材料。
防伪技术随着社会经济的快速发展，大量劣质假冒产品的涌入而得到人们的重视。伪劣产品已成经济全球化的公害之意，不仅扰乱了经济市场秩序，同样还对科学技术的进步发展造成了严重的负面影响。寻求难以破译的防伪技术已成社会亟待解决的难题，利用具有独一无二，而又分级有序的微观结构的生物体作为模板，材料遗态制备方法进行防伪材料制备，将有望在该领域取得实质性进展。
蝶翅90％以上的成分为甲壳素（chitin），利用蝶翅作为生物模板，利用其自身的碳元素作为碳源，采用热碳还原法制备具有磁性的金属，使得所得金属不仅具有分级微观结构，同时由于被碳层包裹而具有优异的物理化学稳定性能。使用制备得到的金属蝶翅作为压印材料，压印在软质材料上时，由于金属蝶翅具有较强的强度和稳定性，其反结构能清晰的遗留在软质材料上；同时由于金属蝶翅具有强疏水性能和磁性，采用磁铁吸附法将金属蝶翅软质材料分离，避免了机械分离可能造成的结构破坏。压印后的图案可以作为高防伪标志。主要的研究内容和结果如下：
1.选用两种不同微观结构的蝴蝶：巴黎翠凤蝶和鹤顶粉蝶的前翅作为原始模板，巴黎翠凤蝶的前翅为准蜂窝状结构，鹤顶粉蝶蝶翅的鳞片具有周期性格子结构。本工作中制备磁性金属遗态材料的方法主要是首先对蝶翅进行前处理，然后将前处理后的蝶翅浸渍于优选的前驱体溶液中，再经过真空烧结，从而获得完好保留原始蝴蝶翅膀微观分级结构的磁性金属遗态材料。通过 XRD、FESEM、TEM等表征方法，对这些遗态材料的微观结构、组织成分、晶体类型等信息进行表征，证明获得了完好保留原始蝴蝶翅膀微观分级结构的遗态磁性金属材料。
2.对材料的磁学性能和疏水性能进行了测试，发现材料较之其他无微观结构的对应材料有更强的磁性，而且所得材料与原始蝶翅具有同样优异的疏水性能。采用同样的原位碳热还原法，我们还制备得到了Cu和Bi，以证明该方法具有普适性，能够制备得到其他任何能被 C还原的金属材料，这为制备其他可能性功能材料提供了另一条有效途径。
3.针对所得金属蝶翅的性能，我们设计出一套完整地防伪体系。利用金属蝶翅的精细分级微观结构，能达到非常好的防伪效果，同时金属蝶翅因具有较好的机械强度、稳定性、磁性和疏水性，采用磁铁吸附法，能够简单容易的实现蝶翅与软质材料的分离，克服了以往研究中难以分离的难题，使得金属蝶翅的微观结构得到完好保留，并能重复使用。
- 作 者：
- 何昭文
- 学科专业：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 导师姓名：
- 张荻张旺
- 学位年度：
- 2013
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
