“新型無(wú)機(jī)耐火紙”科普系列（四）

新型多模式防偽耐火紙

導(dǎo)讀

Introduction

中科院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員科研團(tuán)隊(duì)多年來(lái)對(duì)“新型無(wú)機(jī)耐火紙”進(jìn)行了堅(jiān)持不懈的探索與研究，除了研制出能包住火的新型耐火紙、不懼水火的超級(jí)紙外，還在不斷擴(kuò)展耐火紙的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。在前一篇系列科普文章中，我們介紹了“新型抗菌耐火紙”。現(xiàn)在讓我們一起來(lái)了解一種“新型多模式防偽耐火紙”吧。

如今，假冒偽劣商品泛濫，嚴(yán)重影響了人們的日常工作和生活，甚至威脅到普通大眾的身體健康與安全。這些假冒偽劣商品突出的特征是在商標(biāo)標(biāo)識(shí)和包裝上使用與名牌產(chǎn)品相同或相似的圖案和風(fēng)格。據(jù)估計(jì)，全球每年貿(mào)易中假冒偽劣商品的總價(jià)值大約為5000億美元。更為嚴(yán)重的是，偽造貨幣及重要證件也越演越烈。因此，偽造與防偽之間的矛盾越來(lái)越尖銳，防偽技術(shù)對(duì)識(shí)別和防止假冒偽劣商品日益彰顯其重要性，在產(chǎn)品上附加防偽標(biāo)志成為制造企業(yè)自我保護(hù)的一種有效措施。

目前，熒光防偽紙是常用的防偽材料之一。熒光防偽紙具有使用方便、易辨別的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鈔票、證券、證件及防偽包裝材料等。熒光防偽紙通常是將發(fā)光物質(zhì)與植物纖維混合或涂覆在其表面，從而實(shí)現(xiàn)熒光防偽功能。但是，傳統(tǒng)熒光防偽紙是由植物纖維為原料制備而成的，但植物纖維熱穩(wěn)定性差，遇到高溫或者火容易碳化燃燒，并且在空氣和光照的作用下紙會(huì)逐漸變黃，穩(wěn)定性不理想。另一方面，如今偽造手段越來(lái)越高超，單一的熒光防偽技術(shù)難以達(dá)到有效防偽的目的。集多種防偽手段于一體的高安全性防偽技術(shù)日益受到青睞。眾所周知，任何單一或科技含量低的防偽技術(shù)，很難有效地起到防偽作用。防偽技術(shù)的科技含量和水平越高，仿冒的難度就越大，防偽的效果也就越好。因此，研制集多種防偽手段于一體的新型高安全性多模式防偽技術(shù)具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。

如上所述，熒光防偽紙需要使用發(fā)光材料。只要談到發(fā)光材料，人們通常就會(huì)想到稀土元素。稀土元素總共有17個(gè)元素，包括化學(xué)元素周期表中的15個(gè)鑭系元素以及鈧和釔元素。稀土元素因其特殊的電子結(jié)構(gòu)，具有豐富的電子能級(jí)和激發(fā)態(tài)，呈現(xiàn)出一般元素所無(wú)法比擬的光譜性質(zhì)，其發(fā)光幾乎覆蓋了整個(gè)固體發(fā)光的范圍，所以稀土元素是一個(gè)巨大的發(fā)光寶庫(kù)。中國(guó)是稀土大國(guó)，擁有得天獨(dú)厚的稀土自然資源優(yōu)勢(shì)，并且品種齊全，中國(guó)無(wú)論是儲(chǔ)量還是產(chǎn)量在世界稀土市場(chǎng)上都占有舉足輕重的地位。

在之前的“能包住火的神奇耐火紙”科普文章中，介紹了中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明的一種新型無(wú)機(jī)耐火紙，該新型無(wú)機(jī)耐火紙的發(fā)明使“紙能包住火”成為現(xiàn)實(shí)。新型無(wú)機(jī)耐火紙是由人工合成的羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線作為原料制成的，其外觀與普通植物纖維紙相似，可以用于書寫以及打印機(jī)彩色打印，但神奇的是，它可以耐高溫，遇火不燃燒，即使在1000℃的高溫下仍然可以保持其完整性。該新型耐火紙有望應(yīng)用于重要文件例如檔案和書籍的長(zhǎng)久安全保存。此外，新型耐火紙還具有多種其它用途，在多個(gè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

在以上研究工作基礎(chǔ)上，朱英杰團(tuán)隊(duì)成功地研制出一種有望應(yīng)用于防偽領(lǐng)域的新型多模式防偽耐火紙。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)原位摻雜稀土離子和表面修飾，實(shí)現(xiàn)了羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線耐火紙的多功能化，使耐火紙具有熒光、防水、自清潔、耐高溫、耐火等多種性能，實(shí)現(xiàn)了遇火不燃、遇水不侵、還可發(fā)出各種顏色的光。

新型多模式防偽耐火紙具有良好的柔韌性及可加工性，可以任意卷曲、剪裁及折疊成各種所需的形狀，具有存儲(chǔ)和使用便利的優(yōu)點(diǎn)。此外，新型多模式防偽耐火紙還可以用于書寫和打印機(jī)彩色打印，便于印刷制作成防偽標(biāo)簽。

新型多模式防偽耐火紙?jiān)诳梢姽庵谐尸F(xiàn)優(yōu)質(zhì)的白色，但在特定的紫外光照射下可以發(fā)出不同顏色的光及顯示特定圖案。通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜到羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線中的稀土離子的種類和比例，可以調(diào)控其發(fā)光顏色和發(fā)光強(qiáng)度，這樣就可制備出一系列不同發(fā)光顏色和可調(diào)控發(fā)光強(qiáng)度的多模式防偽耐火紙，即使是在高溫加熱或者在火中灼燒后仍然可以保持良好的發(fā)光性能。

新型多模式防偽耐火紙具有優(yōu)異的耐高溫和耐火性能，這一獨(dú)特的性能為高安全性防偽提供了另一個(gè)有效保障，只要用打火機(jī)點(diǎn)一下火就可以與普通的易燃防偽標(biāo)簽很方便地區(qū)別開來(lái)。

新型多模式防偽耐火紙獨(dú)特的納米尺度微觀結(jié)構(gòu)，可有效地將多模式防偽耐火紙與普通防偽紙區(qū)別開來(lái)，從而更進(jìn)一步提高其防偽的效果和安全性。

綜上所述，新型多模式防偽耐火紙集多種高科技于一體，其多功能性可大大提高防偽的水平，具有高效和高安全性的防偽效果，有望應(yīng)用于鈔票、證券、證件、防偽標(biāo)簽以及防偽包裝等防偽領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。

圖1. 新型多模式防偽耐火紙?jiān)诳梢姽庵谐尸F(xiàn)優(yōu)質(zhì)的白色，具有良好的柔韌性，可以任意卷曲，還可以用于書寫和打印機(jī)彩色打印

圖2.摻雜不同種類稀土離子或不同濃度稀土離子的新型多模式防偽耐火紙：(a)多模式防偽耐火紙?jiān)诳梢姽庀露汲尸F(xiàn)白色；(b) 多模式防偽耐火紙?jiān)谧贤夤庹丈湎掳l(fā)出不同顏色的光；(c)多模式防偽耐火紙具有良好的可加工性，在防偽領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景

圖3. 新型多模式防偽耐火紙?jiān)诳梢姽庵谐尸F(xiàn)優(yōu)質(zhì)的白色，但在紫外光照射下可以顯現(xiàn)出特制的圖案

圖4. 新型多模式防偽耐火紙具有超疏水性能，可以防水，放入染色的水中取出后仍然潔白如初，不會(huì)被水浸濕，也不會(huì)染上顏色；還具有自清潔功能，在紙上的灰塵和泥土用水沖洗即可清潔干凈。新型多模式防偽耐火紙可長(zhǎng)時(shí)間使用而不易被污染。

圖5. 新型多模式防偽耐火紙具有優(yōu)異的耐火性能，在火中灼燒不燃燒

圖6.新型多模式防偽耐火紙具有優(yōu)良的耐高溫性能。(a)普通紙?jiān)?00℃加熱10分鐘就碳化變黑；(b)新型多模式防偽耐火紙?jiān)?00℃加熱60分鐘后仍然潔白如初保持完好；(c)新型多模式防偽耐火紙?jiān)诟邷丶訜岷笕匀豢梢员３至己玫陌l(fā)光性能。

作者：中科院朱英杰

來(lái)源：中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)