RU2530238C2 - Method of creating hidden luminescent labels - Google Patents
Method of creating hidden luminescent labels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530238C2 RU2530238C2 RU2012151936/08A RU2012151936A RU2530238C2 RU 2530238 C2 RU2530238 C2 RU 2530238C2 RU 2012151936/08 A RU2012151936/08 A RU 2012151936/08A RU 2012151936 A RU2012151936 A RU 2012151936A RU 2530238 C2 RU2530238 C2 RU 2530238C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- nanorods
- luminescence
- light
- membrane
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к полиграфии, в частности к изготовлению защитных меток, которые могут быть использованы для скрытой маркировки различных объектов с целью предотвращения неавторизованного производства этих объектов и упрощения процесса верификации их подлинности.The present invention relates to printing, in particular to the manufacture of security tags that can be used for covert marking of various objects in order to prevent unauthorized production of these objects and simplify the process of verifying their authenticity.
Известен способ создания меток на основе полупроводниковых квантовых точек (КТ) путем их внедрения в чернила, бумагу, пластик и взрывчатые вещества «Метод защиты устройств с помощью квантовых точек» (Патент США №6692031 В2, заявка 09/955808, дата публикации 17.02.2004, дата приоритета 21.02.2002) [1]. Благодаря спектрально-люминесцентным особенностям квантовых точек: узкому спектру люминесценции, зависимости положения полосы люминесценции от размера КТ (Efros, A.L., D.J.Lockwood, et al. Semiconductor Nanocrystals: From Basic Principles to Applications, Springer, 2003) [2] могут быть созданы уникальные метки на основе комбинаций различных типов наночастиц, использование которых позволит точно определить производителя той или иной продукции. К общим недостаткам данного способа можно отнести то, что для идентификации метки и, соответственно, верификации подлинности маркированного объекта, необходим анализ спектральных характеристик метки, что, в свою очередь, значительно увеличивает стоимость и сложность процесса верификации.There is a method of creating labels based on semiconductor quantum dots (CT) by introducing them into ink, paper, plastic and explosives "Method of protecting devices using quantum dots" (US Patent No. 6692031 B2, application 09/955808, publication date 02/17/2004 , priority date 02.21.2002) [1]. Due to the spectral-luminescent features of quantum dots: a narrow luminescence spectrum, the dependence of the position of the luminescence band on the size of the quantum dots (Efros, AL, DJLockwood, et al. Semiconductor Nanocrystals: From Basic Principles to Applications, Springer, 2003) [2] unique labels based on combinations of various types of nanoparticles, the use of which will accurately determine the manufacturer of a particular product. The common disadvantages of this method include the fact that to identify the tag and, accordingly, verify the authenticity of the marked object, it is necessary to analyze the spectral characteristics of the tag, which, in turn, significantly increases the cost and complexity of the verification process.
Известен способ создания скрытых люминесцентных меток с использованием двух типов чернил «Скрытые люминесцентные знаки» (Патент США №7422158 В2, заявка 10/692569, дата публикации 9.09.2008, дата приоритета 24.10.2003) [3]. Для получения таких меток используются два типа чернил, имеющих один и тот же цвет при дневном свете. Однако второй тип чернил содержит люминесцирующие добавки, что и позволяет формировать скрытую метку. К недостаткам данного способа можно отнести низкую устойчивость полученных меток к фотодеградации, поскольку в качестве люминесцирующих добавок используются органические красители.A known method of creating hidden fluorescent labels using two types of ink "Hidden fluorescent signs" (US Patent No. 7422158 B2,
Наиболее близкой к заявляемому изобретению и принята в качестве прототипа «Среда для распознавания объектов и метод ее использования» (Патент США №7391546 В2, заявка 10/557001, дата публикации 24.06.2008, дата приоритета 12.07.2007) [4]. Согласно описанию к патенту, в данном случае способ формирования скрытых меток состоит в использовании двуслойных структур из анизотропных холестерических жидкокристаллических полимеров. Такой материал, в зависимости от толщины слоя, может селективно отражать свет с лево- или правосторонней круговой поляризацией в определенном спектральном диапазоне. Это позволяет формировать изображения, неразличимые при дневном свете, но легкозаметные при рассмотрении с помощью специальных фильтров, пропускающих циркулярно-поляризованный свет. Использование дополнительной цветовой и поляризационной кодировки позволяет увеличить степень защиты. Однако описанный способ имеет ряд существенных недостатков. К таким недостаткам, в частности, можно отнести сложный процесс изготовления такой метки: сначала два анизотропных слоя (отражающие свет с правосторонней и левосторонней поляризацией) полимеризуются на вспомогательных изотропных подложках. Затем с помощью фотолитографической техники на каждом из этих слоев формируется уникальное изображение. После чего эти слои последовательно переносятся методом тиснения на маркируемый объект. Дополнительной сложностью является необходимость точного подбора толщины каждого из анизотропных слоев, в противном случае материал не будет обладать указанной селективностью по отношению к различной циркулярной поляризации и длине волны падающего света.Closest to the claimed invention and adopted as a prototype "Environment for object recognition and method of its use" (US Patent No. 7391546 B2,
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение способа создания скрытых меток с поляризационной кодировкой.The technical problem to which the invention is directed is to simplify the method of creating hidden labels with polarization coding.
Поставленная задача решается с помощью создания меток, обладающих поляризованной люминесценцией полупроводниковых квантовых наностержней (НС). Полупроводниковые квантовые наностержни, наряду с оптическими свойствами, которые присущи сферическим нанокристаллам, квантовым точкам (зависимость цвета люминесценции от диаметра НС, высокая поглощательная способность, высокий квантовый выход люминесценции), обладают линейно-поляризованной люминесценцией, направление электрического вектора которой совпадает с длинной осью наностержня (Нu, J., L.-s. Li, et al. (2001). "Linearly Polarized Emission from Colloidal Semiconductor Quantum Rods "Science 292: 2060-2064; Chen, X., A.Nazzal, et al. (2001). "Polarization spectroscopy of single CdSe quantum rods." Physical Review В 64(24): 245304) [5, 6]. Очевидно, что при хаотическом расположении наностержней в образце его люминесценция будет полностью деполяризована. В связи с этим для создания метки с поляризованной люминесценцией наностержней необходимо тем или иным способом упорядочить нанокристаллы в образце. Одним из возможных подходов в данном случае является фотоиндуцированное упорядочивание массива наностержней, который заключается в следующем. В полимерной матрице формируется массив полупроводниковых наностержней, случайным образом ориентированных относительно друг друга. Люминесцентный отклик такого образца будет полностью деполяризован. На следующем этапе полимерная матрица с внедренными НС освещается линейно-поляризованным светом, длина волны излучения которого соответствует энергии межзонного перехода НС. Облучение линейно-поляризованным светом при определенных условиях приведет к фотохимическим процессам на поверхности подансамбля наностержней, ориентированных в образце в определенном направлении, и, как следствие, к появлению поляризации люминесценции образца. Механизм появления анизотропии люминесцентного отклика образца с внедренными НС заключается в следующем. Линейно-поляризованное излучение, падающее на образец с хаотически расположенными наностержнями, будет преимущественно поглощаться теми НС, дипольные моменты межзонных переходов которых совпадают с направлением вектора электрического поля падающего на образец излучения. Таким образом, осуществляется воздействие только на тот подансамбль НС в матрице, дипольные моменты межзонных переходов которых, а следовательно, и длинные оси нанокристаллов ориентированы в определенном направлении. Известно, что квантовый выход люминесценции полупроводниковых нанокристаллов сильно зависит от качества их поверхности и наличия оболочки из полупроводникового материала с большей шириной запрещенной зоны, чем у ядра нанокристалла (Yu, W.W., L.Qu, et al. (2003). "Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals." Chemistry of materials 15(14): 2854-2860) [7]. Это связано с наличием поверхностных дефектов у нанокристаллов, которые являются центрами безызлучательной дезактивации их возбужденного состояния. Существует ряд работ, в которых продемонстрировано, что освещение образцов нанокристаллов при определенных условиях способно вызывать фотодеструкцию нанокристаллов. Показано, что на начальном этапе фотодеструкции происходит уменьшение числа дефектов поверхности нанокристаллов, что приводит к уменьшению количества центров безызлучательной рекомбинации НС и, соответственно, к заметному увеличению квантового выхода люминесценции нанокристаллов (Zhang, Y., J.Не, et al. (2006). "Time-Dependent Photoluminescence Blue Shift of the Quantum Dots in Living Cells: D Effect of Oxidation by Singlet Oxygen." Journal of the American Chemical Society 128(41): 13396-13401) [8].The problem is solved by creating labels with polarized luminescence of semiconductor quantum nanorods (NS). Semiconductor quantum nanorods, along with the optical properties that are inherent in spherical nanocrystals, quantum dots (the dependence of the color of the luminescence on the diameter of the NS, high absorption capacity, high quantum yield of luminescence), have linearly polarized luminescence, the direction of the electric vector of which coincides with the long axis of the nanorod ( Hu, J., L.-s. Li, et al. (2001). "Linearly Polarized Emission from Colloidal Semiconductor Quantum Rods" Science 292: 2060-2064; Chen, X., A. Nazzal, et al. (2001 ). "Polarization spectroscopy of single CdSe quantum rods." Physical Review B 64 (24): 245304) [5, 6]. Obviously, with a random arrangement of nanorods in the sample, its luminescence will be completely depolarized. In this regard, in order to create a label with polarized luminescence of nanorods, it is necessary in one way or another to order the nanocrystals in the sample. One possible approach in this case is photoinduced ordering of an array of nanorods, which is as follows. An array of semiconductor nanorods randomly oriented relative to each other is formed in the polymer matrix. The luminescent response of such a sample will be completely depolarized. At the next stage, a polymer matrix with embedded NSs is illuminated by linearly polarized light, the radiation wavelength of which corresponds to the energy of the interband transition of the NSs. Irradiation with linearly polarized light under certain conditions will lead to photochemical processes on the surface of the subassemble of nanorods oriented in a certain direction in the sample, and, as a result, to the appearance of polarization of the luminescence of the sample. The mechanism of the appearance of anisotropy of the luminescent response of a sample with embedded NSs is as follows. Linearly polarized radiation incident on a sample with randomly arranged nanorods will be predominantly absorbed by those NSs whose dipole moments of interband transitions coincide with the direction of the electric field vector of the radiation incident on the sample. Thus, only the NS sub ensemble is affected in the matrix, the dipole moments of interband transitions of which, and therefore the long axes of the nanocrystals, are oriented in a certain direction. It is known that the quantum yield of luminescence of semiconductor nanocrystals strongly depends on the quality of their surface and the presence of a shell of semiconductor material with a larger band gap than the nanocrystal core (Yu, WW, L.Qu, et al. (2003). "Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals. "Chemistry of materials 15 (14): 2854-2860) [7]. This is due to the presence of surface defects in nanocrystals, which are centers of nonradiative deactivation of their excited state. There are a number of works in which it was demonstrated that illumination of nanocrystal samples under certain conditions can cause photodegradation of nanocrystals. It was shown that at the initial stage of photodestruction, the number of surface defects of nanocrystals decreases, which leads to a decrease in the number of centers of nonradiative recombination of NSs and, accordingly, to a noticeable increase in the quantum yield of luminescence of nanocrystals (Zhang, Y., J. He, et al. (2006) . "Time-Dependent Photoluminescence Blue Shift of the Quantum Dots in Living Cells: D Effect of Oxidation by Singlet Oxygen." Journal of the American Chemical Society 128 (41): 13396-13401) [8].
Таким образом, воздействие на образец с наностержнями линейно-поляризованного излучения определенной энергии приведет к заметному увеличению квантового выхода люминесценции наностержней, макроскопически ориентированных в матрице в определенном выбранном направлении. Это, в свою очередь, приведет к появлению поляризации люминесценции всего образца. Следует отметить, что, в отличие от пространственного упорядочивания всего массива наностержней, внедренных в матрицу, в этом случае у образца будет проявляться только анизотропия люминесцентного отклика, а дихроизм поглощения наблюдаться не будет. Это свойство позволяет получить люминесцентную метку с высокой степенью защиты, поскольку позволяет создавать образец, у которого степень анизотропии оптических свойств (поглощения и излучения) различна. Следует отметить, что для осуществления процесса фотодеструкции полупроводниковых наностержней необходимо наличие в их ближайшем окружении молекулярного кислорода (Sark, W.G. J.H.M. v., P.L.Т.М.Frederix, et al. (2002). "Blueing, Bleaching, and Blinking of Single CdSe/ZnS Quantum Dots." ChemPhysChem 3(10):871-879. [9]. Поэтому для сохранения поляризованного излучения метки достаточно прекратить доступ кислорода к наностержням, внедренным в матрицу. Одним из возможных вариантов решения является ламинирование образца, обладающего поляризованной люминесценцией наностержней, полиэтилен терефталатной пленкой, которая относится к малопроницаемым полимерам (Fakirov, S. (2002). Handbook of thermoplastic polyesters: homopolymers, copolymers, blends, and composites, Wiley-VCH) [10].Thus, exposure to a sample with nanorods of linearly polarized radiation of a certain energy will lead to a noticeable increase in the quantum yield of luminescence of nanorods macroscopically oriented in the matrix in a certain chosen direction. This, in turn, will lead to the appearance of luminescence polarization of the entire sample. It should be noted that, in contrast to the spatial ordering of the entire array of nanorods embedded in the matrix, in this case only the anisotropy of the luminescent response will appear in the sample, and dichroism of absorption will not be observed. This property allows to obtain a luminescent label with a high degree of protection, since it allows you to create a sample in which the degree of anisotropy of the optical properties (absorption and radiation) is different. It should be noted that for the process of photodegradation of semiconductor nanorods, molecular oxygen must be present in their immediate environment (Sark, WGJHM v., PLT. M. Frederix, et al. (2002). "Blueing, Bleaching, and Blinking of Single CdSe / ZnS Quantum Dots. "ChemPhysChem 3 (10): 871-879. [9]. Therefore, to preserve the polarized radiation of the label, it is sufficient to stop the access of oxygen to the nanorods embedded in the matrix. One possible solution is to laminate a sample with polarized luminescence of nanorods, polyethylene terephthalate lenka, which refers to low permeability polymers (Fakirov, S. (2002). Handbook of thermoplastic polyesters: homopolymers, copolymers, blends, and composites, Wiley-VCH) [10].
Для решения поставленной задачи НС внедряются в полиэтилентерефталатную трековую мембрану, которая в данном случае используется в качестве полимерной матрицы. Подробно данный способ внедрения полупроводниковых нанокристаллов в полимерные трековые мембраны описан в работе (А.О.Orlova, Y.A.Gromova, et al. (2011). "Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations." Nanotechnology 22(45):455201-455208) [11]. Это позволяет получить неупорядоченный слой квазиизолированных НС в пристеночном слое трековых пор мембраны. После этого мембрана освещается линейно-поляризованным светом, энергия которого соответствует энергии межзонного перехода НС. Проведенное облучение образца линейно-поляризованным светом приводит к разгоранию люминесценции подансамбля НС, чьи длинные оси совпадают с направлением электрического вектора падающего излучения. Если часть образца облучить, например, вертикально поляризованным светом, а другую часть облучить, например, горизонтально поляризованным светом, то, при использовании одинаковой экспозиции, интенсивность люминесценции будет одинаковой для обеих частей, в то время как поляризация люминесценции будет различна, другими словами, направления поляризации этих двух частей образца будут взаимно перпендикулярны.To solve this problem, NSs are introduced into a polyethylene terephthalate track membrane, which in this case is used as a polymer matrix. This method of introducing semiconductor nanocrystals into polymer track membranes is described in detail in (A.O. Orlova, YAGromova, et al. (2011). "Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations." Nanotechnology 22 (45): 455201-455208) [11]. This allows one to obtain a disordered layer of quasi-isolated NS in the parietal layer of the membrane track pores. After that, the membrane is illuminated by linearly polarized light, the energy of which corresponds to the energy of the interband transition of the NS. The irradiation of the sample with linearly polarized light leads to flare-up of the luminescence of the NS sub-ensemble, whose long axes coincide with the direction of the electric vector of the incident radiation. If a part of a sample is irradiated, for example, with vertically polarized light, and another part is irradiated, for example, with horizontally polarized light, then, using the same exposure, the luminescence intensity will be the same for both parts, while the polarization of luminescence will be different, in other words, the directions the polarizations of these two parts of the sample will be mutually perpendicular.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем: для получения скрытых люминесцентных меток на основе полупроводниковых наностержней, изображение на которых формируется с использованием поляризационного контраста, применяется селективное световое воздействие. В неполяризованном свете такая метка выглядит как равномерно люминесцирующая область, в то время как при рассмотрении в линейно-поляризованном свете заметен контраст.The essence of the invention is as follows: to obtain hidden luminescent labels based on semiconductor nanorods, the image on which is formed using polarizing contrast, selective light exposure is used. In unpolarized light, such a mark looks like a uniformly luminescent region, while when viewed in linearly polarized light, contrast is noticeable.
Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:The proposed method has the following advantages:
1. Упрощение технологии изготовления. Это преимущество обеспечивается тем, что для получения скрытой люминесцентной метки на основе полупроводниковых наностержней с поляризационным контрастом достаточно однослойной полимерной матрицы с внедренными нанокристаллами, которые хаотически ориентированы относительно друг друга и характеризуются деполяризованной люминесценцией.1. Simplification of manufacturing technology. This advantage is ensured by the fact that to obtain a hidden luminescent label based on semiconductor nanorods with polarizing contrast, a single-layer polymer matrix with embedded nanocrystals that are randomly oriented relative to each other and characterized by depolarized luminescence is sufficient.
2. Расширение технологического подхода. Данное преимущество обеспечивается тем, что наведенная анизотропия свойств метки осуществляется фотохимическими методами.2. Expansion of the technological approach. This advantage is provided by the fact that the induced anisotropy of the properties of the label is carried out by photochemical methods.
3. Упрощение контроля за параметрами метки в процессе ее изготовления. Это преимущество обеспечивается тем, что требования к точности толщины полимерной матрицы с внедренными квантовыми наностержнями значительно ослаблены, при этом время экпозиции является единственным параметром, который необходимо контролировать.3. Simplification of control over the parameters of the label in the process of its manufacture. This advantage is ensured by the fact that the requirements for the thickness accuracy of a polymer matrix with embedded quantum nanorods are significantly weakened, while the exposure time is the only parameter that needs to be controlled.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фигурах 1-6, на которых представлены:The essence of the invention is illustrated in figures 1-6, which show:
Фиг.1. Схематичное изображение полимерной мембраны с полупроводниковыми наностержнями, внедренными в приповерхностные слои трековых пор.Figure 1. Schematic representation of a polymer membrane with semiconductor nanorods embedded in the surface layers of track pores.
Фиг.2. Схематичное изображение процесса создания фотоиндуцированной анизотропии в исходно неупорядоченном слое наностержней: облучение мембраны линейно-поляризованным светом: 1 - ПЭТФ трековая мембрана с внедренными НС, 2 - поляризатор, 3 - светодиод.Figure 2. Schematic representation of the process of creating photoinduced anisotropy in an initially disordered layer of nanorods: irradiation of the membrane with linearly polarized light: 1 - PET track membrane with embedded NS, 2 - polarizer, 3 - LED.
Фиг.3. Схема регистрации люминесцентного отклика от образца полимерной трековой мембраны с внедренными полупроводниковыми квантовыми наностержнями с помощью спектрофлуориметра: 4 - источник излучения; 5 - монохроматор канала возбуждения; 6 - светофильтр; 7 - волновод; 8 - трековая мембрана с внедренными НС; 9 - анализатор; 10 - волновод; 11 - светофильтр; 12 - монохроматор канала регистрации; 13 - ФЭУ.Figure 3. The registration scheme of the luminescent response from a sample of a polymer track membrane with embedded semiconductor quantum nanorods using a spectrofluorimeter: 4 - radiation source; 5 - monochromator of the excitation channel; 6 - light filter; 7 - waveguide; 8 - track membrane with embedded NS; 9 - analyzer; 10 - waveguide; 11 - light filter; 12 - monochromator of the registration channel; 13 - PMT.
Фиг.4. Схема наблюдения люминесцентного отклика от метки при естественном освещении: 14 - мембрана с меткой; 15 - анализатор (ориентация выбирается произвольно); 16 - глаз человека; 17 - источник излучения.Figure 4. Scheme for observing the luminescent response from the mark in natural light: 14 — membrane with a mark; 15 - analyzer (orientation is chosen arbitrarily); 16 - human eye; 17 is a radiation source.
Фиг.5. Спектры люминесценции образца трековой мембраны с внедренными полупроводниковыми квантовыми стержнями CdSe/ZnS с диаметром 3.5 нм до и после облучения линейно-поляризованным светом с длиной волны 595 нм: пунктирная линия - до облучения образца линейно-поляризованным светом; сплошная линия - ось анализатора ориентирована параллельно плоскости мембраны; штрихпунктирная линия - ось анализатора ориентирована перпендикулярно плоскости мембраны.Figure 5. Luminescence spectra of a track membrane sample with embedded CdSe / ZnS semiconductor quantum rods with a diameter of 3.5 nm before and after irradiation with linearly polarized light with a wavelength of 595 nm: dashed line — before irradiation of the sample with linearly polarized light; solid line - the axis of the analyzer is oriented parallel to the membrane plane; dash-dotted line - the axis of the analyzer is oriented perpendicular to the plane of the membrane.
Фиг.6. Люминесцентные изображения полимерной мембраны с внедренными квантовыми стержнями, с двумя областями, облученными линейно-поляризованным светом с длиной волны 595 нм с разным направлением электрического вектора: а - регистрация без анализатора; б - ось анализатора совпадает с осью поляризатора для области А; в - ось анализатора совпадает с осью поляризатора для области Б.6. Luminescent images of a polymer membrane with embedded quantum rods, with two regions irradiated with linearly polarized light with a wavelength of 595 nm with different directions of the electric vector: a - registration without an analyzer; b - the axis of the analyzer coincides with the axis of the polarizer for region A; c - the axis of the analyzer coincides with the axis of the polarizer for region B.
Пример 1.Example 1
Для демонстрации работоспособности предложенного способа создания скрытых меток на основе полупроводниковых наностержней, внедренных в полимерные трековые мембраны, был подготовлен образец поли(этилентрифталатной) трековой мембраны с порами 500 нм и толщиной 12 мкм, в приповерхностный слой пор которой из раствора в толуоле были внедрены квантовые наностержни CdSe/ZnS с диаметром 3.5 нм и соотношением сторон 1:7, синтезированные согласно процедуре описанной в работе (Yu, W.W., L.Qu, et al. (2003). "Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals." Chemistry of materials 15(14): 2854-2860) [7]. Для этого трековая мембрана выдерживалась в растворе толуола с концентрацией НС СНС=10-7 моль/л в течение 14 дней, подробнее методика описана в работе (Orlova, А.О., Y.A.Gromova, et al. (2011). "Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations." Nanotech-nology 22(45):455201-455208) [11]. На Фиг.1 приведено схематическое изображение НС, внедренных в поры трековой мембраны.To demonstrate the operability of the proposed method for creating hidden tags based on semiconductor nanorods embedded in polymer track membranes, a sample of a poly (ethylene trphthalate) track membrane with pores of 500 nm and a thickness of 12 μm was prepared; quantum nanorods were introduced from the solution in toluene into the surface pore layer CdSe / ZnS with a diameter of 3.5 nm and an aspect ratio of 1: 7, synthesized according to the procedure described in (Yu, WW, L.Qu, et al. (2003). "Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals. "Chemistry of mater ials 15 (14): 2854-2860) [7]. For this, the track membrane was kept in a toluene solution with a concentration of HC With HC = 10 -7 mol / L for 14 days; the procedure was described in more detail in (Orlova, A.O., YAGromova, et al. (2011). "Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations. "Nanotechnology 22 (45): 455201-455208) [11]. Figure 1 shows a schematic representation of the NS embedded in the pores of the track membrane.
Далее проводилось облучение образца светодиодом через поляризатор, ось поляризатора была ориентирована перпендикулярно плоскости мембраны. В качестве источника излучения использовался светодиод с максимумом длины волны излучения 595 нм и величиной потока излучения 27 лм. Процесс фотооблучения мембраны для создания фотоиндуцированной анизотропии в исходно неупорядоченном ансамбле НС схематично изображен на Фиг.2.Next, the sample was irradiated with an LED through the polarizer; the axis of the polarizer was oriented perpendicular to the membrane plane. An LED with a maximum radiation wavelength of 595 nm and a radiation flux of 27 lm was used as a radiation source. The process of photo-irradiation of the membrane to create photo-induced anisotropy in the initially disordered ensemble of NS is schematically depicted in Figure 2.
На Фиг.3 приведена схема регистрации люминесцентного отклика от полимерной трековой мембраны с внедренными квантовыми стержнями с использованием спектрофлуориметра. В этом случае свет от источника 4 через монохроматор 5 и световой фильтр 6 попадает в волновод 7, из которого подается на образец 8. Использование волновода обеспечивает полную деполяризацию возбуждающего излучения. Люминесцентный сигнал от образца 8 проходит через анализатор 9 и заводится в волновод 10. После этого свет попадает на фильтр 11, выделяющий люминесцентный сигнал от образца 8, и затем последовательно попадает на монохроматор канала регистрации 12 и фотоэлектронный умножитель 13.Figure 3 shows the registration scheme of the luminescent response from the polymer track membrane with embedded quantum rods using a spectrofluorimeter. In this case, the light from the
На Фиг.4 приведена схема визуальной регистрации люминесцентного отклика от образца, при которой контрастное изображение образца 14 можно наблюдать визуально, вращая анализатор 15 и освещая образец портативным источником излучения 17, в качестве которого можно использовать, например, светодиод с подходящим спектром излучения.Figure 4 shows a diagram of the visual registration of the luminescent response from the sample, in which the contrast image of the
Степень фотоиндуцированной анизотропии люминесценции квантовых наностержней в образцах оценивалась по формуле:The degree of photoinduced anisotropy of the luminescence of quantum nanorods in the samples was estimated by the formula:
где IH,V - интенсивность люминесценции образца при возбуждении линейно-поляризованным светом, электрический вектор которого расположен параллельно (Н) и перпендикулярно (V) плоскости образца соответственно.where I H, V is the luminescence intensity of the sample upon excitation by linearly polarized light, the electric vector of which is located parallel to (H) and perpendicular to (V) the plane of the sample, respectively.
На Фиг.5. приведены спектры люминесценции образца мембраны с внедренными полупроводниковыми наностержнями CdSe/ZnS для разного времени облучения линейно-поляризованным светом с длиной волны 595 нм.5. The luminescence spectra of a membrane sample with embedded CdSe / ZnS semiconductor nanorods are presented for different times of irradiation with linearly polarized light with a wavelength of 595 nm.
Из данных, приведенных на Фиг.5, видно, что в результате облучения образца мембраны с НС линейно-поляризованным светом, длина волны которого соответствует энергии экситонного перехода, наблюдается фотоиндуцированная анизотропия люминесценции образца. Об этом свидетельствует появление разницы в интенсивности люминесценции образца, зарегистрированной при взаимно перпендикулярном положении анализатора. Следует отметить, что увеличение времени облучения образца мембраны приводит к дальнейшему увеличению квантового выхода люминесценции и увеличению фотоиндуцированной анизотропии люминесценции НС. Так, при облучении образца в течение 5 часов степень поляризации люминесценции НС, рассчитанная по формуле (1), оказалась равна 0.08 и достигла значения 0.12 при увеличении времени облучения до 10 часов. Полученные данные наглядно демонстрируют эффективность примененного нами подхода для получения образца с поляризованной люминесценцией полупроводниковых квантовых стержней.From the data shown in Fig. 5, it is seen that photoinduced anisotropy of the luminescence of the sample is observed as a result of irradiation of a membrane sample with NS linearly polarized light, the wavelength of which corresponds to the energy of the exciton transition. This is evidenced by the appearance of a difference in the luminescence intensity of the sample recorded at a mutually perpendicular position of the analyzer. It should be noted that an increase in the irradiation time of the membrane sample leads to a further increase in the quantum yield of luminescence and an increase in photoinduced anisotropy of the luminescence of NS. Thus, upon irradiation of the sample for 5 hours, the degree of polarization of the luminescence of the NS calculated by formula (1) turned out to be 0.08 and reached 0.12 with an increase in the irradiation time to 10 hours. The obtained data clearly demonstrate the effectiveness of our approach for obtaining a sample with polarized luminescence of semiconductor quantum rods.
Пример 2.Example 2
Для демонстрации возможности визуального наблюдения контрастного люминесцентного отклика от образца мембраны с фотоиндуцированной анизотропией полупроводниковых квантовых стержней образец полимерной мембраны с НС CdSe/ZnS с диаметром 3.5 нм облучался светом с длиной волны 595 нм таким образом, что на область А образца свет падал через поляризатор, ось которого была ориентирована параллельно, а на область Б - через поляризатор, ось которого ориентирована перпендикулярно плоскости образца. На Фиг.6 приведены фотографии данного образца мембраны после облучения, полученные без применения анализатора (а), с использованием анализатора, ось которого ориентирована параллельно (б) и перпендикулярно (в) плоскости образца.To demonstrate the possibility of visual observation of the contrast luminescent response from a membrane sample with photoinduced anisotropy of semiconductor quantum rods, a polymer membrane sample with a CdSe / ZnS NS with a diameter of 3.5 nm was irradiated with light with a wavelength of 595 nm in such a way that light was incident on region A of the sample through a polarizer, the axis which was oriented in parallel, and to region B through the polarizer, whose axis is oriented perpendicular to the plane of the sample. Figure 6 shows photographs of this sample of the membrane after irradiation, obtained without the use of the analyzer (a), using an analyzer whose axis is oriented parallel to (b) and perpendicular (c) to the plane of the sample.
По люминесцентным изображениям образца, приведенным на Фиг.6, видно, что без использования анализатора области А и Б светятся с равной интенсивностью. Фотографирование образца с использованием анализатора приводит к появлению контраста, который обусловлен тем, что в областях А и Б люминесцируют преимущественно те квантовые стержни, длинные оси которых ориентированы соответственно параллельно и перпендикулярно плоскости образца.According to the luminescent images of the sample shown in Fig.6, it can be seen that without the use of the analyzer, areas A and B glow with equal intensity. Photographing a sample using an analyzer leads to a contrast, which is due to the fact that, in regions A and B, mainly those quantum rods luminesce, whose long axes are oriented parallel and perpendicular to the plane of the sample, respectively.
Предлагаемый способ создания скрытых меток на основе полупроводниковых наностержней, внедренных в полимерные трековые мембраны, может быть реализован без использования дополнительных устройств. Как это продемонстрировано на Фиг.2, для получения образца мембраны с внедренными в поры НС и ее последующего облучения светом с определенной длиной волны, приводящего к появлению фотоиндуцированной анизотропии люминесцентного отклика образца, не требуется никаких специальных устройств и приспособлений. Данный подход позволяет создать метку с поляризационным контрастом. Для защиты такой метки от доступа кислорода и от агрессивных воздействий окружающей среды может быть использовано ламинирование или любой аналогичный метод.The proposed method for creating hidden tags based on semiconductor nanorods embedded in polymer track membranes can be implemented without the use of additional devices. As shown in FIG. 2, to obtain a sample of a membrane with NS embedded in the pores and its subsequent irradiation with light with a certain wavelength, which leads to the appearance of photoinduced anisotropy of the luminescent response of the sample, no special devices and devices are required. This approach allows you to create a label with polarizing contrast. To protect such a label from oxygen access and from aggressive environmental influences, lamination or any similar method can be used.
Таким образом, предлагаемый способ создания метки является более простым по сравнению с прототипом, поскольку для получения такой метки требуются стандартные источник света и поляризатор. При этом формирование метки происходит в однослойной полимерной матрице, что также упрощает процесс производства. Расширение технологического подхода, которое заключается в использовании фотохимических методов для получения поляризационного контраста в люминесцентном отклике образца, позволяет использовать образец с неупорядоченными в пространстве НС. Кроме того, для получения максимально контрастной метки необходимо подобрать только один параметр - оптимальное время облучения образца, что может быть легко осуществлено с помощью регистрации спектрально-люминесцентных характеристик образца.Thus, the proposed method for creating a tag is simpler compared to the prototype, since a standard light source and a polarizer are required to obtain such a tag. In this case, the label is formed in a single-layer polymer matrix, which also simplifies the production process. An extension of the technological approach, which involves the use of photochemical methods to obtain polarization contrast in the luminescent response of a sample, allows the use of a sample with disordered NS space. In addition, to obtain the most contrasting label, it is necessary to select only one parameter — the optimal time of irradiation of the sample, which can be easily achieved by recording the spectral and luminescent characteristics of the sample.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №6692031 В2, заявка 09/955808, дата публикации 17.02.2004, дата приоритета 21.02.2002.1. US patent No. 6692031 B2, application 09/955808, publication date 02/17/2004, priority date 02/21/2002.
2. Efros, A.L., D.J.Lockwood, et al. (2003). Semiconductor Nanocrystals: From Basic Principles to Applications, Springer.2. Efros, A. L., D. J. Lockwood, et al. (2003). Semiconductor Nanocrystals: From Basic Principles to Applications, Springer.
3. Патент США №7422158 В2, заявка 10/692569, дата публикации 9.09.2008, дата приоритета 24.10.2003.3. US patent No. 7422158 B2,
4. Патент США №7391546 В2, заявка 10/557001, дата публикации 24.06.2008, дата приоритета 12.07.2007.4. US patent No. 7391546 B2,
5. Нu, J., L.-s. Li, et al. (2001). "Linearly Polarized Emission from Colloidal Semiconductor Quantum Rods " SCIENCE 292:2060-2064.5. Nu, J., L.-s. Li, et al. (2001). "Linearly Polarized Emission from Colloidal Semiconductor Quantum Rods" SCIENCE 292: 2060-2064.
6. Chen, X., A.Nazzal, et al. (2001). "Polarization spectroscopy of single CdSe quantum rods." Physical Review В 64(24): 245304.6. Chen, X., A. Nazzal, et al. (2001). "Polarization spectroscopy of single CdSe quantum rods." Physical Review B 64 (24): 245304.
7. Yu, W.W., L.Qu, et al. (2003). "Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals." Chemistry of materials 15(14):2854-2860.7. Yu, W.W., L.Qu, et al. (2003). "Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals." Chemistry of materials 15 (14): 2854-2860.
8. Zhang, Y., J.He, et al. (2006). "Time-Dependent Photoluminescence Blue Shift of the Quantum Dots in Living Cells: Effect of Oxidation by Singlet Oxygen." Journal of the American Chemical Society 128(41):13396-13401.8. Zhang, Y., J. He, et al. (2006). "Time-Dependent Photoluminescence Blue Shift of the Quantum Dots in Living Cells: Effect of Oxidation by Singlet Oxygen." Journal of the American Chemical Society 128 (41): 13396-13401.
9. Sark, W.G.J. H.M. v., P.L.T.M.Frederix, et al. (2002). "Blueing, Bleaching, and Blinking of Single CdSe/ZnS Quantum Dots." ChemPhysChem 3(10):871-879.9. Sark, W.G.J. H.M. v., P.L.T.M. Frederix, et al. (2002). "Blueing, Bleaching, and Blinking of Single CdSe / ZnS Quantum Dots." ChemPhysChem 3 (10): 871-879.
10. Fakirov, S. (2002). Handbook of thermoplastic polyesters: homopolymers, co-polymers, blends, and composites, Wiley-VCH.10. Fakirov, S. (2002). Handbook of thermoplastic polyesters: homopolymers, co-polymers, blends, and composites, Wiley-VCH.
11. Orlova, A.O., Y.A.Gromova, et al. (2011). "Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations." Nano-technology 22(45):455201-55208.11. Orlova, A.O., Y. A. Gromova, et al. (2011). "Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations." Nano-technology 22 (45): 455201-55208.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012151936/08A RU2530238C2 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Method of creating hidden luminescent labels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012151936/08A RU2530238C2 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Method of creating hidden luminescent labels |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012151936A RU2012151936A (en) | 2014-06-10 |
RU2530238C2 true RU2530238C2 (en) | 2014-10-10 |
Family
ID=51214107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012151936/08A RU2530238C2 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Method of creating hidden luminescent labels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2530238C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7391546B2 (en) * | 2003-05-16 | 2008-06-24 | Nhk Spring Co., Ltd. | Discrimination medium and discrimination method using the same |
RU2413964C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-03-10 | Алексей Васильевич Лежнев | Composite mark |
US7995196B1 (en) * | 2008-04-23 | 2011-08-09 | Tracer Detection Technology Corp. | Authentication method and system |
-
2012
- 2012-11-26 RU RU2012151936/08A patent/RU2530238C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7391546B2 (en) * | 2003-05-16 | 2008-06-24 | Nhk Spring Co., Ltd. | Discrimination medium and discrimination method using the same |
US7995196B1 (en) * | 2008-04-23 | 2011-08-09 | Tracer Detection Technology Corp. | Authentication method and system |
RU2413964C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-03-10 | Алексей Васильевич Лежнев | Composite mark |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012151936A (en) | 2014-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9250183B2 (en) | Luminescent materials, articles incorporating luminescent materials, and methods for performing article authentication | |
JP6138790B2 (en) | Articles with disturbed radiation characteristics and methods and apparatus for their authentication | |
KR102417435B1 (en) | Means Preventing Forgery and Falsification Using Piezochromic Fluorescence Layer | |
US9074137B2 (en) | Luminescent borates, materials and articles incorporating such borates, and methods and apparatus for their production and use in article authentication | |
US9239262B2 (en) | Methods and apparatus for authenticating articles with luminescent phosphor compounds | |
DE102014207318B4 (en) | Identification feature with several identification elements arranged in a defined, limited area for identifying an object | |
US20130015651A1 (en) | Luminescent phosphor compounds, articles including such compounds, and methods for their production and use | |
US7108286B1 (en) | Antifalsification paper and other antifalsification items | |
Inci et al. | Recent developments of colorimetric mechanical sensors based on polymer composites | |
WO2013074566A1 (en) | Luminescent borates, materials and articles incorporating such borates, and methods and apparatus for their production and use in article authentication | |
JP2007527051A (en) | Security element | |
RU2530238C2 (en) | Method of creating hidden luminescent labels | |
US20120153184A1 (en) | Luminescent phosphor-containing materials, and methods for their production and use in authenticating articles | |
US11747268B2 (en) | Coded polymer substrates for banknote authentication | |
EP3150763A1 (en) | Product containing a carrier with protective markings, and method for determining the authenticity of a product | |
RU2359328C2 (en) | Method for counterfeit protection and authentication of valuables | |
RU2533209C1 (en) | Security element for identification of articles | |
JP6199986B2 (en) | Luminescent borate, luminescent material and article containing such borate | |
EA014999B1 (en) | Method for producing photoluminiscent polarisation protective element, a protective element produced by said method, a valuable document comprising said protective element and a method for verifying authenticity of the document comprising protective element | |
RU2753154C1 (en) | Method for product authenticity control | |
Gubarev et al. | Using molecular marking in security holograms | |
RU2536748C1 (en) | Product containing paper or polymer carrier with protecting marking, and method of determining authenticity of product | |
Gaponenko | Fluorescence and Raman scattering in plasmonic nano-structures: from basic science to applications | |
EA010008B1 (en) | A method of documentation protection and identification | |
Gorelenko et al. | Optical protective pigments for printed inks and polymer fibers with triple ultraviolet and infrared excitation |