一种人工指纹液及其制备方法和应用与流程

本发明属于化工新材料技术领域，具体涉及一种人工指纹液及其制备方法和应用。

背景技术：

玻璃广泛应用于手机屏幕、显示器屏幕和光学镜头等产品，但是在使用过程中经常会出现指纹（皮肤油脂）残留等问题。这些残留物不仅会影响玻璃表面的美观，还会影响玻璃表面的透明度和光泽度。因此越来越多的研究人员开展了对玻璃表面耐指纹性能的研究。耐指纹特性使材料表面具有自清洁或易清洁的特性，可以给使用者提供美观的交互界面。

尽管在材料表面耐指纹特性上面取得一些进展，但在表面上人体指纹残留的量化尚未得到充分研究，大部分研究人员进行的指纹测试是定性和主观的，因为在不同的环境条件和不同的皮肤状况下人类指纹残留成分的变化很大，会导致对材料表面耐指纹性能表征有很大误差。目前文献报道中用于耐指纹测试的指纹液主要考虑的是指纹液的表面能近似真实指纹中的人体体液，但在成分上和人体指纹相差很大。如linday.l.wu等人（wulyl,ngiansk,chenz,etal.quantitativetestmethodforevaluationofanti-fingerprintpropertyofcoatedsurfaces[j].appliedsurfacescience,2011,257(7):2965-2969.）利用pdms和丙二醇甲醚、纳米二氧化硅颗粒等物质制得的人工指纹液表面能接近真实指纹中的人体体液，且提出此人工指纹液的接触角大于90°，表面就完全防指纹。在实际测试中发现并非如此，且人工指纹液成分和真实指纹中的人体体液成分相差很大，会使测试结果发生偏差。本发明在保证表面能、粘度、纳米颗粒含量的情况下，加入了角鲨烯、胆固醇、硬脂酸等物质，使人工指纹液在表面能和成分上更接近真实指纹中的人体体液，能够更加真实地模拟出人体指纹，且成本低，配制简单。

技术实现要素：

解决的技术问题：针对现在研究人员对材料表面耐指纹性能的研究过程中，指纹残留不易量化，故导致表征结果有很大偏差，本发明一种人工指纹液及其制备方法和应用，量化了耐指纹测试过程中的指纹残留，且能够用于评价材料的耐指纹性能。

技术方案：一种人工指纹液的制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下步骤：（1）将3-5份质量浓度85%乳酸、5-7份纯醋酸与40-43份去离子水混合，经超声3-5min后得到ph值3-6的溶液；（2）向步骤（1）得到的澄清溶液中加入1份氯化钠、1份磷酸二氢钠、2-3份尿素，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎10-20秒，再液体超声分散3-5min，后连续机械搅拌4-6h获得澄清液体；（3）取3-5份步骤（2）中澄清液体，加入1-5份pdms，2-5份有机溶剂，1-2份角鲨烯、1-2份胆固醇、2-3份硬脂酸，超声3-5min后连续机械搅拌5-10h获得人工指纹液母液；所述pdms为羟基封端的聚二甲基硅氧烷，所述有机溶剂为丙二醇甲醚；（4）取步骤（3）中母液，加入颗粒直径4-70nm的纳米颗粒，直至纳米颗粒质量分数为0.1-3%，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎10-20秒，再液体超声分散3-5min后连续机械搅拌1-2h获得人工指纹液。

优选的，上述纳米颗粒为二氧化硅、硅藻土或氧化铝粉。

上述制备方法制得的人工指纹液。

上述人工指纹液表面能为30-40mj/m²，真正的人体指纹液表面能为20-50mj/m²。

上述人工指纹液在材料耐指纹性能检测中的应用。

上述人工指纹液涂覆后的玻璃表面水滴接触角为36-42°，所述人工指纹液涂覆后的铝合金片表面水滴接触角为40-42°，所述人工指纹液涂覆后的塑料表面水滴接触角为38-41°。

上述应用的具体步骤为：先对指纹液机械搅拌15min，再浸蘸润湿端部有模拟人体大拇指指纹的橡皮指纹印章，在压强5n/cm²条件下将印章按压至所需测试的基底表面，停留时间1-2s后取下即可进行耐指纹性能表征，所述印章端部尺寸为1cm×1cm的方形。

上述人工指纹液模拟刚接触过灰尘的手指按压指纹残留时，增加纳米颗粒质量分数；模拟洗净的手指按压指纹残留时，减少纳米颗粒质量分数。

有益效果：（1）本发明提出的制备方法工艺简单，原料易得，成本低；（2）本发明制得的人工指纹液，对于5微升的去离子水在人工指纹液按压的玻璃表面接触角为36-42°。对于5微升的去离子水在人工指纹液按压的铝片表面接触角为40-42°，与人体指纹上面水的接触角相接近。（3）本发明以纳米颗粒代替材料表面人体指纹残留中的污垢、护肤品残留物、固醇类等物质，以人工汗液代替人体指纹残留中的甘油、脂肪酸等物质。以指纹液表面水滴润湿性，结合光学显微镜观察为评价标来评判人工指纹液是否具有代表性。（4）通过纳米颗粒添加量，可以模拟出不同情况下人体指纹在基体表面的按压效果。如刚洗干净的手，指纹残留很少，在模拟时可以适当减少纳米颗粒固含量；在摸过一些污垢、或者刚涂完护肤品后，可适当增加纳米颗粒的固含量，同时超声破碎和机械搅拌时间适当延长。（5）本发明人工指纹液与基体表面的结合力和人体指纹与基体的结合力相似，有较好稳定性。人工指纹液在基体表面按压后数周后，仍然可以十分容易观察到指纹，通过光学显微镜观察，指纹的液体基本发现不了，但固体纳米仍然存在。宏观上观察，和人体指纹按压数周后形态相似。（6）传统指纹测试使用人体手指按压，不同测试人、不同按压力度、不同测试时间段等都会影响指纹残留情况。本发明通过对指纹液和按压面积、压强进行量化，从而更严谨地表征材料的耐指纹性能。

附图说明

图1为实施例2中人工指纹液残留光学显微镜放大100倍照片；

图2为实施例2中人工指纹液残留工业照相机放大1.5倍照片；

图3为实施例7中人工指纹液残留光学显微镜放大100倍照片；

图4为实施例7中人工指纹液残留工业照相机放大4.5倍照片；

图5为实施例7中人工指纹液残留工业照相机放大1.5倍照片。

具体实施方式

实施例1

室温下，将3份质量浓度85%乳酸与5份纯醋酸及40份去离子水溶液经超声分散混合5min后，再添加10份氯化钠、3份尿素、10份磷酸氢二钠，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min后机械搅拌30min，获得澄清液体。此液体的特征为，ph值在3-5之间。取上述12份液体，逐滴加入9份丙二醇甲醚及9份pdms，1份角鲨烯、1份胆固醇，2份硬脂酸经机械搅拌5h，获得人工指纹液母液。取上述溶液10份，加入直径为4-70nm的纳米二氧化硅颗粒，直至纳米颗粒质量分数1%，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min，机械搅拌2h，获得人工指纹液。此种方式获取的人工指纹液价格低廉，且能够模拟出一般情况下人体指纹按压残留。相较于文献中提到的测试材料耐指纹性能的指纹液，成分和人体体液更接近，更能真实模拟出指纹中的污垢残留。

实施例2

将实施例1中的人工指纹液机械搅拌15min，均匀倒在印章槽中的海绵上。用指纹印章蘸取印章槽中的人工指纹液，指纹印章面积为1cm²左右。将指纹印章按压在玻璃基底上，在指纹印章上施加5n的压力，使压强达到5n/cm²左右，停留2s。用接触角测量仪测出水滴在人工指纹液残留的接触角为36-42°。30min后用光学显微镜观察基底指纹残留情况。此种测试方法适合一般耐指纹性能测试，且在测试材料耐指纹性能时可使用此实施例中的按压方式。图1，2是实施例2中的指纹残留。从图示可以看出，相对于图3，图1指纹污渍分散更加均匀，不会出现沾染物明显集中分布的情况，能够更加合理模拟出真实指纹残留中皮脂、污垢等的分布，进而使后续耐指纹表征更加合理。

实施例3

室温下，将4份质量浓度85%乳酸与5份纯醋酸及45份的去离子水溶液经超声分散混合5min后，再添加10份氯化钠、3份尿素、10份磷酸氢二钠，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min后机械搅拌30min，获得澄清液体。此液体的特征为，ph值在3-5之间。取上述10份液体逐滴加入2份丙二醇甲醚及2份pdms，1份角鲨烯、2份胆固醇，3份硬脂酸经机械搅拌5h，获得人工指纹液母液。取上述溶液10份，加入直径为4-70nm的纳米二氧化硅颗粒，直至纳米颗粒质量分数1%，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min，机械搅拌2h，获得人工指纹液。

实施例4

室温下，将3份质量浓度85%乳酸与5份纯醋酸及45份去离子水溶液经超声分散混合5min后，再添加10份氯化钠、3份尿素、10份磷酸氢二钠，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min后机械搅拌30min，获得澄清液体。此液体的特征为，ph值在3-5之间。取上述12份人工汗液逐滴加入9份丙二醇甲醚及9份pdms，1份角鲨烯、1份胆固醇、3份硬脂酸经机械搅拌5h，获得人工指纹液母液。取上述溶液10份，加入直径为50-70nm的纳米硅藻土颗粒，直至质量分数为1%，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min，获得人工指纹液。

实施例5

室温下，将3份质量浓度85%乳酸与5份纯醋酸及45份去离子水溶液经超声分散混合5min后，再添加8份氯化钠、4份尿素、9份磷酸氢二钠，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min后机械搅拌30min，获得澄清液体。此液体的特征为，ph值在3-5之间。取上述10份人工汗液逐滴加入2份丙二醇甲醚及2份pdms，1份角鲨烯、1份胆固醇、2份硬脂酸经机械搅拌5h，获得人工指纹液母液。取上述溶液10份，加入直径为50-70nm的纳米硅藻土颗粒，直至质量分数为1%，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min，机械搅拌2h，获得人工指纹液。

实施例6

将实施例5中的人工指纹液机械搅拌15min，均匀倒在印章槽中的海绵上。用指纹印章蘸取印章槽中的人工指纹液，指纹印章面积为1cm²左右。将指纹印章按压在玻璃基底上，在指纹印章上施加5n的重物，使压强达到5n/cm²左右，停留2s。用接触角测量仪测出水滴在人工指纹液残留的接触角为45-52°。30min后用光学显微镜观察基底指纹残留情况。

实施例7

（1）室温下，将3份质量浓度85%乳酸与5份纯醋酸及45份去离子水溶液经超声分散混合5min后，再添加8份氯化钠、4份尿素、9份磷酸氢二钠，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min后机械搅拌30min，获得澄清液体。此液体的特征为，ph值在3-5之间。取上述10份人工汗液逐滴加入2份丙二醇甲醚及2份pdms，2份角鲨烯、2份胆固醇、3份硬脂酸经机械搅拌5h，获得人工指纹液母液。取上述溶液10份，加入直径为50-70nm的纳米二氧化硅颗粒，直至质量分数为2.5%，利用细胞破碎机以130w的功率粉碎20秒，再液体超声分散5min，机械搅拌2h，获得人工指纹液。此种情况可以模拟手指沾染灰尘或者污渍较多时指纹按压残留情况。

（2）将（1）中人工指纹液均匀倒在印章槽中的海绵上。用指纹印章蘸取印章槽中的人工指纹液，指纹印章面积为1cm²左右。将指纹印章按压在玻璃基底上，在指纹印章上施加5n的压力，使压强达到5n/cm²左右，停留2s。用接触角测量仪测出水滴在人工指纹液残留的接触角为51-53°。30min后用光学显微镜观察基底指纹残留情况。图3，4，5是实施例7中的指纹残留。和附图1相比，图3，4，5由于指纹液中纳米二氧化硅含量增加，导致模拟指纹按压污渍残留更多且分布更加集中，此种可以模拟手指沾染灰尘或者污渍较多时指纹按压残留情况。