CN111805101A - 一种在含羟基的玻璃内部制备发光防伪图案的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在含羟基的玻璃内部制备发光防伪图案的方法，是利用能量密度大于或等于玻璃缺陷阈值的短脉冲或者超短脉冲激光，包括纳秒，皮秒脉冲激光，在含羟基的玻璃内部写入任意二维或三维的防伪图案。写入的防伪图案区域产生了缺陷能级结构，在日光下肉眼不可见，只要用紫外激发光源再次辐照激发，彩色防伪图案再次出现，且在室温下图案不会改变，可达到真正的防伪。

Description

一种在含羟基的玻璃内部制备发光防伪图案的方法
技术领域
本发明是涉及防伪领域，尤其涉及一种防伪元件和制备防伪元件的方法。
背景技术
随着高附加值产品的防伪需求越来越高，新型的防伪技术成为人们追捧的热点。而随着激光技术的飞速发展，激光与物质的相互作用催生了一些新现象。超快激光可以在透明材料内部写入信息并且写入的信息可以被读取。这种信息的写入与读取可以实现产品的追踪与防伪。
在先技术(1)，中国专利申请号ZL01105221.X中，利用紫外光激发再现三维彩色发光图案的制备方法，是选用飞秒激光在掺有活性介质的稀土元素如铕，钐，铒，或者掺有过渡金属元素铁，锰，铬等，或掺有重金属元素金或银等的玻璃中制备三维图案，用紫外光激发显示三维发光图案。该技术写入的图案不能保证在日光下肉眼不可见，达不到防伪的效果；且该方法掺杂的活性介质成本较高。
在先技术(2)，中国专利申请号ZL00127613.1中，提供一种在透明介质内部着色的方法,是用脉冲宽度小于10皮秒的超短脉冲激光在掺有三价稀土离子的透明介质内部雕刻出立体图案，在日光下肉眼清晰地可以看到，激光作用的区域呈现彩色立体图案。
以上方法制备的防伪图案在日光下并不是完全肉眼不可见的，降低了防伪性。
发明内容
本发明的目的是提供一种防伪元件和制备防伪元件的方法，该方法所制备的防伪元件在日光条件下肉眼不可见，具有较高的防伪性。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种防伪元件，所述防伪元件包括基材；及位于基材表面或内部的图案，其特征在于所述基材为含羟基的玻璃，所述图案由羟基玻璃的缺陷结构形成，所述图案在自然环境光下肉眼不可见，在紫外光激发下可见。
所述缺陷结构为激光诱导的含羟基的玻璃产生的非桥氧空穴中心、非弛豫氧空位，E心中的一种或多种。
所述基材的玻璃为石英玻璃、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、或锗酸盐玻璃中的一种。
所述基材中羟基浓度大于100ppm。
在另一优选例中，所述基材中羟基浓度为500ppm-2000ppm。
所述图案为二维或三维图案。
在另一优选例中所述图案为二维码。
在另一优选例中所述图案为条形码。
在另一优选例中，所述图案为文字。
本发明的另外一方面提供了一种制备防伪元件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取含羟基的玻璃作为基材；
(2)选用短脉冲激光束，所述短脉冲激光束的能量密度大于或等于所述基材的缺陷结构产生的阈值；
(3)驱动短脉冲激光束在基材内部扫描形成缺陷结构的图案；
所述短脉冲激光束为皮秒脉冲激光光束。
所述短脉冲激光束为纳秒脉冲激光光束。
在另一优选例中，所述皮秒脉冲激光光束波长为355nm，脉宽为2ps，功率为500mw。
在另一优选例中，所述纳秒脉冲激光光束波长为266nm，脉宽为5ns，功率为600mw。
所述短脉冲激光通过激光微加工程序驱动在基材内部扫描形成缺陷结构的图案。
本发明由短脉冲激光使含羟基的玻璃结构变成新结构，这种结构变异在日光下轮廓不可见，经微结构分析，本发明激光导致的结构变异区域在紫外光激发下，产生能级间跃迁复合而显示发光。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：用本发明的方法可以将任意的防伪图案写入含羟基的玻璃中，写入的图案日光条件下不可见，无论白天还是黑夜，只要用紫外光照射图案写入区域，具有防伪作用的荧光发光图案会再现出来，且在室温环境下图案不会改变，可达到真正的防伪效果。
附图说明
图1为用皮秒激光制备的防伪元件图，图1(a)为自然光条件下的防伪元件，图1(b)为紫外光照射下的防伪元件。
图2为皮秒激光写入图案后紫外光照射的荧光光谱。
图3为用纳秒激光制备的防伪元件图，图3(a)为自然光条件下的防伪元件，图3(b)为紫外光照射下的防伪元件。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不应因此限制本发明的保护范围。
实施例1：
附图1所示为用皮秒激光束在羟基浓度为1506ppm的硼硅酸盐玻璃内部写入条形码图案的防伪元件，其中图1(a)为皮秒激光写入条形码之后的硼硅酸盐玻璃样品，写入的条形码图案肉眼不可见；
图1(b)为写入条形码图案后的玻璃在365nm紫外光照射下再现红色条形码图案。
图2是皮秒激光写入图案后紫外光照射的荧光光谱。荧光发光峰位于650nm附近。
具体步骤为：
选用脉冲宽度为2ps(ps＝10-12s)，中心波长355nm，平均功率500mw，重复频率10kHz的皮秒激光通过10倍的物镜聚焦到含羟基浓度为1506ppm的硼硅酸盐玻璃内部,通过微加工程序控制三维位移平台，在玻璃内部按设定的图案轨迹移动扫描，完成防伪图案的写入。防伪图案肉眼不可见。用365nm的单色光激发写入的图案区域，此时写入的防伪图案再次显现。在室温条件下，这种紫外光诱导的防伪图案再现的方法可以无限循环使用，因此适用于防伪，且防伪性较高。
实施例2：
附图3所示为用纳秒激光束在羟基浓度为500ppm的石英玻璃内部写入二维码图案的防伪元件，其中图3(a)为纳秒激光写入二维码之后的石英玻璃样品，写入的二维码图案肉眼不可见；图3(b)为写入二维码图案后的玻璃在254nm紫外光照射下再现红色二维码图案。
具体步骤为：
选用脉冲宽度为5ns(ns＝10-9s)，中心波长266nm，平均功率600mw，重复频率1kHz的纳秒激光通过50倍的物镜聚焦到含羟基浓度为500ppm的石英玻璃内部,通过微加工程序控制三维位移平台，在玻璃内部按设定的图案轨迹移动扫描，完成防伪图案的写入。防伪图案肉眼不可见。用254nm的单色光激发写入的图案区域，此时写入的防伪图案再次显现。
以上实施例中采用了皮秒和纳秒激光加工含羟基的玻璃实现防伪功能，相对于红外飞秒激光，其优势在于，皮秒和纳秒激光利用的是紫外波段，单光子能量高，材料易吸收激光能量，缺陷结构易于形成。而红外飞秒激光的单光子能量低，需要多光子过程才能对含羟基的玻璃实现有效加工。而多光子过程的效率低，对红外飞秒激光而言，在特定的脉宽范围内才能对含羟基的玻璃诱导出缺陷结构。
因此，实施例1和2的皮秒和纳秒激光利用紫外波段，大大提高了缺陷形成的效率，易于含羟基玻璃的防伪功能的实现。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，包括防伪图案的形状、使用激光器的参数等，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防伪元件，所述防伪元件包括基材；及位于基材表面或内部的图案，其特征在于，所述基材为含羟基的玻璃，所述图案由羟基玻璃的缺陷结构形成，所述图案在自然环境光下肉眼不可见，在紫外光激发下可见。
2.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述缺陷结构为激光诱导的含羟基的玻璃产生的非桥氧空穴中心、非弛豫氧空位、E心中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述基材中羟基浓度大于100ppm。
4.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述基材的玻璃为石英玻璃、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、或锗酸盐玻璃中的一种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述图案为二维或三维图案。
6.一种制备防伪元件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取含羟基的玻璃作为基材；
(2)选用短脉冲激光束，所述短脉冲激光束的能量密度大于或等于所述基材的缺陷结构产生的阈值；
(3)驱动短脉冲激光束在基材内部扫描形成缺陷结构的图案。
7.根据权利要求6所述的制备防伪元件的方法，其特征在于，所述短脉冲激光束为皮秒脉冲激光或纳秒脉冲激光。
8.根据权利要求7所述的制备防伪元件的方法，其特征在于，所述皮秒脉冲激光光束波长为355nm，脉宽为2ps，功率为500mw。
9.根据权利要求7所述的制备防伪元件的方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光光束波长为266nm，脉宽为5ns，功率为600mw。
10.根据权利要求6-9任一项所述的制备防伪元件的方法，其特征在于，所述短脉冲激光通过激光微加工程序驱动在基材内部扫描形成缺陷结构的图案。
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