CN112382193A - 一种光学防伪标识及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学防伪标记，包括衬底和多层膜结构。本发明还提供一种光学防伪标记的制备方法，包括：以黑色丝绸为衬底，在衬底上蒸镀钛薄膜，随后再蒸镀硅薄膜；在表面覆盖镂空面具，根据设定的颜色在不同区域镀不同厚度的SiO2薄膜，当一个区域的厚度达到要求后将其掩盖，继续蒸镀剩余区域，当各区域SiO2薄膜的厚度均达到预定厚度，得到具有光学防伪标识的样品。本发明还提供一种光学防伪标记的制备方法，包括：以白色丝绸为衬底，在其表面覆盖镂空面具后，蒸镀不同厚度的钛薄膜，根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同区域进行掩盖；蒸镀不同厚度的硅薄膜，根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同的区域进行掩盖，得到具有光学防伪标识的样品。

Description

一种光学防伪标识及其制备方法
技术领域
本发明属于染色防伪技术领域，具体涉及一种光学防伪标识及其制备方法。
背景技术
现有的染色技术，主要分为以下几种：
(一)利用天然染料进行染色
天然染料来源于植物、动物和矿物。以应用较为广泛的靛蓝为例，这种色素是从靛草(或称蓝草)中提取出来的：将蓝草加到窖、桶或缸中，在水中加入石灰，经过发酵(还原过程)形成可溶性的染料隐色体进行染色，染色后经空气曝吹，氧化为原先的不溶性染料而发色。天然植物染料具有无毒、无污染、生物降解率高等优点，但植物染料染色物存在鲜艳程度不高、色相不齐、色牢度差、重现性不好等问题，限制了它们在染色领域的应用。
(二)利用人工合成染料进行染色
人工合成染料是指用人工化学合成方法所制得的有机色素，主要是以煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成的。随着化学这门科学的发展，人们逐渐获知一些天然色素的化学结构式，进而可利用一些化学反应来制备人工合成色素。仍以靛蓝为例，使用廉价的苯胺为原料得到N-苯基甘胺酚，然后通过环构等一系列反应得到靛蓝。人工合成染料的优点在于可以快速大量的获得所需燃料，但其生产工艺是不可持续的非绿色生产方法，基于原料苯胺是生态环保的一大隐患，且对人类健康会产生不同程度的不良影响。
现有的防伪技术，主要分为以下几种：
(一)纸张防伪工艺
在传统的纸币中，各国都有本国的纸张配方，在纸张中参入某种物质或元素，使之成为难以仿造的印钞专用纸张。通常来说，货币专用纸张的重要原材料是棉花纤维与高质量的木浆同化物，不添加任何增白剂，这是钞票纸与其他普通纸张的重要区别。然而，在钞票流通过程中，若是失慎经含有增白剂的溶液漂洗，在紫外灯光下，可能出现荧光反射；同时，钞纸碰着酸碱物质，也会变软、变薄。
在专用钞票纸的制作过程中，还可以采用以下防伪手艺：1、水印；2、安然线，即在造纸的过程中采用不凡手艺在纸张中嵌入二条斗劲薄的金属线或塑料线；3、彩色纤维和无色荧光纤维在造纸过程中将白色、蓝色或其他艳丽色彩的纤维，或者按比例均匀地加在纸浆中，或者加在纸张部分。纸张防伪技术的缺点就是应用的局限性，除了纸张以外的领域不能应用。
(二)油墨防伪工艺
油墨防伪工艺主要分为以下几种：1、有色荧光油墨，这类油墨在通俗光线下看是通俗油墨色彩，但在紫外光晖映下会发出不同的荧光；2、无色荧光油墨，这类油墨的印刷图案在自然光下是看不见的，而在紫外光下才可看见发出敞亮的荧光；3、磁性油墨，古代钞票多将磁性油墨作为一项定量检测指标用于机读，也增长了捏造难度；4、光变油墨，光变油墨采用了一种不凡的光可变材料，印成图案后，随着视察角度的分歧图案的色彩会闪现转变。这类油墨价格低廉难以采办，存在必定的防捏造功效；5、防复印油墨，用彩色复印机复制钞票时，这类油墨印刷的图案会产生色彩转变，导致复印出来的色调与蓝本票面上的色调完整分歧；6、红外光油墨，红外油墨印刷图案在通俗光下，有色彩反响，但用红外光仪器视察时则无色彩；7、珠光油墨，光油墨印刷图案随视察角度的分歧会闪现敞亮的金属光泽下场或彩虹下场。
油墨防伪的缺点是，其无法做出微米的防伪标识，同时通过荧光来防伪，比较容易被复制，从而失去防伪功能。
(三)印刷防伪工艺
印刷防伪工艺主要分为以下几种：
1、手工雕镂凹版，手工雕镂凹版以其工艺复杂、图案唯一性，带有极强的不可模拟性和防伪性能，是世界列国通用的货币印制手艺和货币防伪手艺；2、凹版印刷，凹印版经雕镂而成，其图案线条呈凹槽形、低于印版的版面，涂布油墨印出图案后，油墨附着于钞纸上，凸出于纸张概况。存在立体感强、条理分明的特点，用手触摸有凹凸感；3、彩虹印刷，图案的主色调或布景由分歧的色彩组成，但线条或图象上的分歧色彩呈延续性慢慢过渡，很是自然；4、对印，采用正后背同时印刷，迎光透视钞票，会看到正后背同一部位的图案经前后对接，组成一个完整的图案，对按无错位、无堆叠现象；5、接线印刷，票面花纹的同二线条是由两种以上色彩组成，但色与色之间过渡周到自然、无漏白和叠合的现象；6、缩微文字印刷，采用不凡的制版工艺，将文字缩小到肉眼几近看不到的程度，印到钞票上，需借助放大镜方能视察到。
印刷防伪制作技术容易被复制，从而容易失去防伪功能，同时在一些不易打印的物品上很难做出防伪标识。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种光学防伪标识及其制备方法。
本发明提供了一种光学防伪标识，具有这样的特征，包括：衬底以及蒸镀于衬底上的多层膜结构，其中，衬底为丝绸，当衬底为黑色丝绸时，多层膜结构为Ti-Si-SiO2多层膜结构，当衬底为白色丝绸时，多层膜结构为Ti-Si多层膜结构。
本发明提供了一种光学防伪标识的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，以黑色丝绸为衬底，在衬底上采用电子束蒸发方法蒸镀一层钛薄膜，随后在钛薄膜再蒸镀一层硅薄膜，从而得到具有两层薄膜的样品；步骤2，在样品表面覆盖一个镂空面具，该镂空面具上具有根据需要而制备的防伪标识的图案，根据预先设定的颜色在不同的区域镀不同厚度的二氧化硅薄膜，当一个区域的二氧化硅薄膜的厚度达到要求后将其掩盖，继续蒸镀剩余区域，当各区域二氧化硅薄膜的厚度均达到预定厚度，从而得到蒸镀有Ti-Si-SiO2多层膜结构的光学防伪标识，进而得到具有光学防伪标识的样品，其中，当改变电子束与衬底之间的角度时，得到一系列随角度变化的颜色。
在本发明提供的光学防伪标识的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，述Ti-Si-SiO2多层膜结构的钛的厚度为5nm，硅的厚度为10～30nm，二氧化硅的厚度为140～300nm。
本发明还提供了一种光学防伪标识的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，以白色丝绸为衬底，在衬底表面覆盖一个镂空面具，该镂空面具上具有根据需要而制备的防伪标识的图案，而后采用电子束蒸发方法在不同区域蒸镀不同厚度的钛薄膜，并且根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同的区域进行掩盖，从而得到具有钛薄膜的样品；步骤2，在样品上蒸镀不同厚度的硅薄膜，并且根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同的区域进行掩盖，从而得到蒸镀有Ti-Si多层膜结构的光学防伪标识，进而得到具有光学防伪标识的样品。
在本发明提供的光学防伪标识的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，Ti-Si多层膜结构的钛的厚度为25-100nm，硅的厚度为30-150nm。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的光学防伪标记的制备方法所用原材料具有中国特色，首先，丝绸在我国有着悠久得历史，是我国古代人民的智慧结晶，同时也是古代丝绸之路上的重要贸易产品；其次，原材料Si与SiO2具有环保健康等优越特性；再次，染色与防伪基于物理呈色机制，相较以往的色素呈色和化学染色具有颜色饱和度更高、具有金属色泽和呈色更加持久等优势。
此外，本发明的方法以丝绸为衬底，充分利用了其金属光泽，采用的材料廉价环保，得到的结构色均有虹彩效应，本发明中得到的颜色抗摩擦能力更强、不易褪色、颜色饱和度更高，且具有明显的金属光泽，此外，经过数次摩擦后样品反射率几乎没有发生变化，故而具有较强的抗摩擦能力，并且这是以往的色素呈色及工业染色领域中所不具备的。
综上，本发明的方法为呈色效果好、颜色耐受能力高且对环境友好的纳米级别的多层膜结构的染色与光学防伪标识制备方法，并且本发明的方法具有中国特色、环保健康且染色的呈色效果好。
附图说明
图1是本发明中丝绸的示意图；
图2是本发明中Ti-Si-SiO2多层膜结构的示意图；
图3是本发明中Ti-Si多层膜结构的示意图；
图4是本发明中改变电子束与样品台夹角进行蒸镀的过程示意图；
图5是本发明中通过调整电子束与样品台夹角在黑色丝绸上蒸镀Ti-Si-SiO2多层膜结构得到的样品在不同角度拍摄获得的照片；
图6是本发明中在白色丝绸上蒸镀100nm的Ti薄膜后依次蒸镀38nm，54nm，64nm，73nm，87nm，120nm，136nm的Si薄膜后测得的反射光谱示意图；
图7是本发明中在白色丝绸上蒸镀25nm、50nm、75nm、100nm、150nm、200nm的Ti薄膜的样品照片；
图8是本发明的实施例1中在白色丝绸上蒸镀100nmTi薄膜，在①，②，③分别蒸镀40nm、100nm、132nm(对应左侧脸谱)以及(40nm，120nm，144nm，对应右侧脸谱)的硅薄膜；
图9是本发明的实施例2中在黑色丝绸上蒸镀5nmTi薄膜，而后分别在区域①、②、③、④和⑤蒸镀144nm，180nm，215nm，270nm，320nm的SiO2得到复旦大学校徽图案；
图10是本发明的实施例3中在白色丝绸上分别蒸镀25nm、50nm、75nm、100nm(自左向右)的Ti薄膜后再次蒸镀38nm、54nm、80nm、120nm(自上而下)的Si薄膜后的样品照片；
图11是本发明的实施例3中第一行第四列样品经过5次和15次摩擦后反射率的变化情况。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
图1是本发明中丝绸的示意图，图2是本发明中Ti-Si-SiO2多层膜结构的示意图，图3是本发明中Ti-Si多层膜结构的示意图。
如图1-图3所示，本发明提供了一种光学防伪标识，包括：衬底以及蒸镀于衬底上的多层膜结构，其中，衬底可以丝绸或者其它二维平面结构如玻璃、纸张及普通布料等。
进一步地，如图2所示，当衬底为黑色丝绸时，多层膜结构为Ti-Si-SiO2多层膜结构，图2中，从下往上依次为丝绸、钛薄膜、硅薄膜以及二氧化硅薄膜，如图3所示，当衬底为白色丝绸时，多层膜结构为Ti-Si多层膜结构，图3中，从下往上依次为丝绸、钛薄膜以及硅薄膜。
图4是本发明中改变电子束与样品台夹角进行蒸镀的过程示意图，图(a)为样品电子束与样品台的夹角为45°的示意图，图(b)为样品电子束与样品台的夹角为65°，且自上而下的拍摄角度依次为正入射、与垂直方向夹角为45°和60°的示意图。
其中，在Ti-Si-SiO2多层膜结构中，Ti作为黏附层，Si相当于一面镜子，目的在于增强反射，通过调控SiO2的厚度来在可见光波段调控反射峰位，进而实现在丝绸上形成不同颜色的薄膜。此外，如图4所示，在蒸镀过程中若改变样品台与电子束之间的角度，则可实现黑色丝绸在正入射时无颜色变化，而在某些斜入射的角度会看到不同的颜色，从而形成光学防伪标识。
图5是本发明中通过调整电子束与样品台夹角在黑色丝绸上蒸镀Ti-Si-SiO2多层膜结构得到的样品在不同角度拍摄获得的照片，图7是本发明中在白色丝绸上蒸镀25nm、50nm、75nm、100nm、150nm、200nm的Ti薄膜的样品照片。
如图5和图7所示，当在不同角度下观看时，能够看到不同的颜色，从而可知在在特定的角度下能够看到预先设定的图案。
进一步地，在Ti-Si多层膜结构中，Ti作为吸收层，Ti越厚，吸收率越高，通过调整Si的厚度在可见光波段调整反射峰位，最终实现在白色丝绸上染色。
图6是本发明中在白色丝绸上蒸镀100nm的Ti薄膜后依次蒸镀38nm，54nm，64nm，73nm，87nm，120nm，136nm的Si薄膜后测得的反射光谱示意图，图6中，横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。
如图6所示，随着Si薄膜厚度的增加，反射峰发生红移。且由于Si的反射率较高，故而只需把Si薄膜的厚度改变几十纳米，就能出现明显的峰位移动。
本发明提供了一种光学防伪标识的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，以白色丝绸为衬底，在衬底表面覆盖一个镂空面具，该镂空面具上具有根据需要而制备的防伪标识的图案，而后采用电子束蒸发方法在不同区域蒸镀不同厚度的钛薄膜，并且根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同的区域进行掩盖，从而得到具有钛薄膜的样品。
步骤2，在样品上蒸镀不同厚度的硅薄膜，并且根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同的区域进行掩盖，从而得到蒸镀有Ti-Si多层膜结构的光学防伪标识，进而得到具有光学防伪标识的样品。
本发明中，Ti-Si多层膜结构的钛的厚度为25-100nm，硅的厚度为30-150nm。
本发明还提供了一种光学防伪标识的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，以黑色丝绸为衬底，在衬底上采用电子束蒸发方法蒸镀一层钛薄膜，随后在钛薄膜再蒸镀一层硅薄膜，从而得到具有两层薄膜的样品；
步骤2，在样品表面覆盖一个镂空面具，该镂空面具上具有根据需要而制备的防伪标识的图案，根据预先设定的颜色在不同的区域镀不同厚度的二氧化硅薄膜，当一个区域的二氧化硅薄膜的厚度达到要求后将其掩盖，继续蒸镀剩余区域，当各区域二氧化硅薄膜的厚度均达到预定厚度，从而得到蒸镀有Ti-Si-SiO2多层膜结构的光学防伪标识，进而得到具有光学防伪标识的样品，
其中，当改变电子束与衬底之间的角度时，得到一系列随角度变化的颜色。
本发明中，Ti-Si-SiO2多层膜结构的钛的厚度为5nm，硅的厚度为10～30nm，二氧化硅的厚度为140～300nm。
<实施例1>
本实施例中采用的中国脸谱图案的光学面具可以通自己手工剪裁或向相关的商业公司定制。
图8是本发明的实施例1中在白色丝绸上蒸镀100nmTi薄膜，在①，②，③分别蒸镀40nm、100nm、132nm(对应左侧脸谱)以及(40nm，120nm，144nm，对应右侧脸谱)的硅薄膜。
步骤1，以白色丝绸为衬底，在衬底表面覆盖一个镂空面具，该镂空面具上具有根据需要而制备的防伪标识的图案，而后采用电子束蒸发方法蒸镀100nm的钛薄膜，从而得到具有钛薄膜的样品。
步骤2，在样品上分别蒸镀40nm、100nm、132nm(对应左侧脸谱)(40nm，120nm，144nm，对应右侧脸谱)的硅薄膜，如图8所示，并且根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同的区域进行掩盖，从而得到蒸镀有Ti-Si多层膜结构的光学防伪标识，进而得到具有光学防伪标识的样品。
实验内容：以白色丝绸为衬底，在衬底表面覆盖一个镂空面具，利用电子束蒸发(Kurt J.Lesker,LAB18)以
Figure BDA0002774940370000111
s-1的速率在白色丝绸上蒸镀100nm Ti,紧接着以
Figure BDA0002774940370000112
s-1的速率蒸镀40nmSi,然后用纸片把①掩盖后，继续蒸镀60nm的Si薄膜，用纸片把①②掩盖后，继续蒸镀32nm的Si薄膜，最后得到中国脸谱图案。
<实施例2>
本实施例中采用的复旦大学校徽图案的光学面具可以通自己手工剪裁或向相关的商业公司定制。
步骤1，以黑色丝绸为衬底，将衬底放入电子束蒸发设备中进行蒸镀，首先采用电子束蒸发方法蒸镀一层5nm的钛薄膜，随后在钛薄膜上再蒸镀一层20nm的硅薄膜，从而得到具有两层薄膜的样品。
步骤2，在样品表面覆盖复旦大学校徽图案的光学面具。
步骤3，在①②③④⑤分别蒸镀144nm,180nm,215nm,270nm,320nm SiO2薄膜，从而得到蒸镀有Ti-Si-SiO2多层膜结构的光学防伪标识，进而得到具有光学防伪标识的样品。
图9是本发明的实施例2中在黑色丝绸上蒸镀5nmTi薄膜，而后分别在区域①、②、③、④和⑤蒸镀144nm，180nm，215nm，270nm，320nm的SiO2得到复旦大学校徽图案。
实验内容：以黑色丝绸为衬底，在衬底表面覆盖一个镂空面具，利用电子束蒸发(Kurt J.Lesker,LAB18)以
Figure BDA0002774940370000121
s-1的速率在黑色丝绸上蒸镀100nm Ti，然后以
Figure BDA0002774940370000122
s-1的速率蒸镀20nmSi，紧接着以
Figure BDA0002774940370000123
s-1的速率蒸镀144nm的SiO2薄膜，用纸片把①掩盖后，继续蒸镀36nm的SiO2薄膜，用纸片把①②掩盖后继续蒸镀35nm的SiO2薄膜，用纸片把①②③掩盖后继续蒸镀55nm的SiO2薄膜，用纸片把①②③④掩盖后继续蒸镀50nm的SiO2薄膜，最后得到复旦大学校徽图案，如图9所示。
<实施例3>
图10是本发明的实施例3中在白色丝绸上分别蒸镀25nm、50nm、75nm、100nm(自左向右)的Ti薄膜后再次蒸镀38nm、54nm、80nm、120nm(自上而下)的Si薄膜后的样品照片，图11是本发明的实施例3中第一行第四列样品经过5次和15次摩擦后反射率的变化情况。
在白色丝绸上分别蒸镀25nm、50nm、75nm、100nm(自左向右)的Ti薄膜后再次蒸镀38nm、54nm、80nm、120nm(自上而下)的Si薄膜后，而后得到样品，如图10所示，接着取第一行第四列的样品进行如图11(a)-图11(j)所示的摩擦，得到如图11(k)所示的摩擦前和摩擦后的对比示意图，并获取如图11(l)所示的5次和15次摩擦后反射率的变化情况示意图，图11(l)中，横坐标表示波长，纵坐标表示反射比。
通过图11可以得知，经过数次摩擦后的样品反射率几乎没有发生变化，故而具有较强的抗摩擦能力，并且这是以往的色素呈色及工业染色领域中所不具备的。
实施例的作用与效果
由实施例1、实施例2以及实施例3可知，采用本发明中的方法可以实现对丝绸进行物理着色，该颜色具有较好的饱和度与抗摩擦性，还可以由此得到所需的各种防伪图案。
根据本发明所涉及的光学防伪标记的制备方法所用原材料具有中国特色，首先，丝绸在我国有着悠久得历史，是我国古代人民的智慧结晶，同时也是古代丝绸之路上的重要贸易产品；其次，原材料Si与SiO2具有环保健康等优越特性；再次，染色与防伪基于物理呈色机制，相较以往的色素呈色和化学染色具有颜色饱和度更高、具有金属色泽和呈色更加持久等优势。
此外，本发明的方法以丝绸为衬底，充分利用了其金属光泽，采用的材料廉价环保，得到的结构色均有虹彩效应，本发明中得到的颜色抗摩擦能力更强、不易褪色、颜色饱和度更高，且具有明显的金属光泽，此外，经过数次摩擦后样品反射率几乎没有发生变化，故而具有较强的抗摩擦能力，并且这是以往的色素呈色及工业染色领域中所不具备的。
综上，本发明的方法为呈色效果好、颜色耐受能力高且对环境友好的纳米级别的多层膜结构的染色与光学防伪标识制备方法，并且本发明的方法具有中国特色、环保健康且染色的呈色效果好。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光学防伪标识，其特征在于，包括：衬底以及蒸镀于所述衬底上的多层膜结构，
其中，所述衬底为丝绸，当所述衬底为黑色丝绸时，所述多层膜结构为Ti-Si-SiO2多层膜结构，当所述衬底为白色丝绸时，所述多层膜结构为Ti-Si多层膜结构。
2.一种如权利要求1所述的光学防伪标识的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，以黑色丝绸为衬底，在所述衬底上采用电子束蒸发方法蒸镀一层钛薄膜，随后在所述钛薄膜再蒸镀一层硅薄膜，从而得到具有两层薄膜的样品；
步骤2，在所述样品表面覆盖一个镂空面具，该镂空面具上具有根据需要而制备的防伪标识的图案，根据预先设定的颜色在不同的区域镀不同厚度的二氧化硅薄膜，当一个区域的二氧化硅薄膜的厚度达到要求后将其掩盖，继续蒸镀剩余区域，当各区域二氧化硅薄膜的厚度均达到预定厚度，从而得到蒸镀有Ti-Si-SiO2多层膜结构的光学防伪标识，进而得到具有所述光学防伪标识的样品，
其中，当改变电子束与所述衬底之间的角度时，得到一系列随角度变化的颜色。
3.根据权利要求2所述的光学防伪标识的制备方法，其特征在于：
其中，所述Ti-Si-SiO2多层膜结构的钛的厚度为5nm，硅的厚度为10～30nm，二氧化硅的厚度为140～300nm。
4.一种如权利要求1所述的光学防伪标识的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，以白色丝绸为衬底，在所述衬底表面覆盖一个镂空面具，该镂空面具上具有根据需要而制备的防伪标识的图案，而后采用电子束蒸发方法在不同区域蒸镀不同厚度的钛薄膜，并且根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同的区域进行掩盖，从而得到具有钛薄膜的样品；
步骤2，在所述样品上蒸镀不同厚度的硅薄膜，并且根据对不同颜色的需要在不同厚度时对不同的区域进行掩盖，从而得到蒸镀有Ti-Si多层膜结构的光学防伪标识，进而得到具有所述光学防伪标识的样品。
5.根据权利要求4所述的光学防伪标识的制备方法，其特征在于：
其中，所述Ti-Si多层膜结构的钛的厚度为25-100nm，硅的厚度为30-150nm。
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