RU2386173C2 - Method of forming nanosized structure for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles using giant raman scattering effect - Google Patents

Method of forming nanosized structure for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles using giant raman scattering effect Download PDF

Info

Publication number
RU2386173C2
RU2386173C2 RU2008111887/28A RU2008111887A RU2386173C2 RU 2386173 C2 RU2386173 C2 RU 2386173C2 RU 2008111887/28 A RU2008111887/28 A RU 2008111887/28A RU 2008111887 A RU2008111887 A RU 2008111887A RU 2386173 C2 RU2386173 C2 RU 2386173C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
raman scattering
giant raman
giant
protective
effect
Prior art date
Application number
RU2008111887/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008111887A (en
Inventor
Татьяна Юрьевна Базыленко (RU)
Татьяна Юрьевна Базыленко
Сергей Владимирович Бацев (RU)
Сергей Владимирович Бацев
Ильдар Загитович Давлетшин (RU)
Ильдар Загитович Давлетшин
Виктор Юрьевич Тимошенко (RU)
Виктор Юрьевич Тимошенко
Михаил Степанович Уласевич (RU)
Михаил Степанович Уласевич
Original Assignee
Татьяна Юрьевна Базыленко
Сергей Владимирович Бацев
Ильдар Загитович Давлетшин
Виктор Юрьевич Тимошенко
Михаил Степанович Уласевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Татьяна Юрьевна Базыленко, Сергей Владимирович Бацев, Ильдар Загитович Давлетшин, Виктор Юрьевич Тимошенко, Михаил Степанович Уласевич filed Critical Татьяна Юрьевна Базыленко
Priority to RU2008111887/28A priority Critical patent/RU2386173C2/en
Publication of RU2008111887A publication Critical patent/RU2008111887A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2386173C2 publication Critical patent/RU2386173C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Credit Cards Or The Like (AREA)
  • Printing Methods (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method of forming nanosized structure for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles using giant Raman scattering effect, where during use of the articles a high degree of reproducibility of the protective elements is provided, and the material of the protective element is nanosized structures which ensure additional amplification of the identification feature due to interference of the probing electromagnetic signal in the visible optical range in the said structures.
EFFECT: invention provides high degree of reproducibility of protective elements for valuable articles, as well as amplification of the identification feature and easier checking for the presence and authenticity of the protective element.
3 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки и может быть использовано для защиты от подделки музейных ценностей, включая картины, ювелирные изделия, а также дорогостоящих лекарственных препаратов, объектов интеллектуальной собственности, банкнот, кредитных и иных ценных бумаг, а также для обеспечения возможности последующего определения их подлинности с использованием технических средств.The invention relates to methods for protecting valuable products from counterfeiting and can be used to protect against museum counterfeit property, including paintings, jewelry, as well as expensive medicines, intellectual property, banknotes, credit and other securities, as well as to enable subsequent determining their authenticity using technical means.

Из уровня техники хорошо известны технические решения аналогичного характера.Technical solutions of a similar nature are well known in the art.

Так, из уровня техники известны индивидуальные средства защиты документов в виде перфорации, рисунок которой имеет узнаваемые нерегулярности. Перфорацию осуществляют с помощью лазерного луча исходя из обычного рисунка, при этом управление лазером осуществляют посредством ЭВМ таким образом, что каждая перфорация имеет индивидуальную нерегулярность, зависящую от исходной величины, см. например, описание заявки DE №0368353, В44F 1/12, 1988 [1].So, from the prior art, individual means of protecting documents are known in the form of perforations, the pattern of which has recognizable irregularities. Perforation is carried out using a laser beam based on a conventional pattern, while the laser is controlled by a computer in such a way that each perforation has an individual irregularity depending on the initial value, see, for example, description of application DE No. 0368353, B44F 1/12, 1988 [ one].

К недостаткам данного способа можно отнести, что они могут быть достаточно легко воспроизведены с высокой степенью соответствия оригиналу с помощью современных средств, широко известных и доступных широкому кругу специалистов.The disadvantages of this method can be attributed to the fact that they can be quite easily reproduced with a high degree of compliance with the original using modern means, widely known and available to a wide range of specialists.

Так, из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании патента РФ №2074420, G07D 7/00, G01N 24/08, 27.02.1997 [2]. Способ заключается во введении в материал защищаемого предмета или нанесении на него метки, в качестве которой используют стабильный изотоп осмия-187 или его соединение, а определение его наличия осуществляется по ядерным магнитным свойствам. Введение в материал защищаемого предмета или нанесение на него стабильного изотопа осмия-187 может осуществляться в химическом соединении, обеспечивающем постоянную ориентацию магнитных моментов электронных оболочек атомов осмия-187. Данный способ позволяет упростить и удешевить защиты от подделки банкнот, ценных бумаг и документов при обеспечении высокой степени защищенности.So, the prior art method of protection against counterfeiting and authenticity control of valuable products, disclosed in the description of the patent of the Russian Federation No. 2074420, G07D 7/00, G01N 24/08, 02/27/1997 [2]. The method consists in introducing into the material of the protected object or applying a mark on it, which is used as a stable isotope osmium-187 or its compound, and the determination of its presence is carried out by nuclear magnetic properties. The introduction into the material of the protected object or the deposition of the stable osmium-187 isotope on it can be carried out in a chemical compound that provides constant orientation of the magnetic moments of the electron shells of osmium-187 atoms. This method allows you to simplify and reduce the cost of protection against counterfeiting banknotes, securities and documents while ensuring a high degree of security.

Вместе с тем, из уровня техники известен способ защиты от подделки ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ №2144216, G07D 7/00, G07D 7/06, G06К 19/08, 10.01.2000 [3]. Согласно данному способу в качестве средства защиты используют изотопный индикатор на основе смеси стабильных изотопов. Защитную метку формируют посредством упомянутого изотопного индикатора таким образом, чтобы обеспечивалась возможность контроля ее наличия на защищаемом изделии (при детектировании), по меньшей мере, одним из методов спектрального анализа (например, рентгенофлуоресцентным или люминесцентным методами). Данная защитная метка может быть сформирована непосредственно на защищаемом изделии или независимо от него в любом известном виде и по известным технологиям.However, the prior art method of protection against counterfeiting of valuable products, disclosed in the description of the patent of the Russian Federation No. 2144216, G07D 7/00, G07D 7/06, G06K 19/08, 10.01.2000 [3]. According to this method, an isotopic indicator based on a mixture of stable isotopes is used as a means of protection. A protective label is formed by the said isotope indicator in such a way that it is possible to control its presence on the protected product (during detection) by at least one of the spectral analysis methods (for example, X-ray fluorescence or luminescent methods). This security tag can be formed directly on the protected product or independently of it in any known form and using known technologies.

Кроме того, из уровня техники известны технологии аналогичного назначения, раскрытые в описаниях зарубежных охранных документов, например GB 1193511, JP 9119867, US 4533244.In addition, technologies of a similar purpose disclosed in the descriptions of foreign security documents, for example GB 1193511, JP 9119867, US 4533244, are known from the prior art.

Также из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ №2276409, G07D 7/06, G06К 19/14, 10.05.2006 [4]. Согласно данному способу на изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, которая обеспечивает возможность контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа по резонансным эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующим электромагнитным излучением заданной радиочастоты и детектирования параметров определенных информативных признаков в резонансном отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим автоматическим сопоставлением зарегистрированных параметров этих информативных признаков с эталонными значениями. В качестве пассивного защитного средства используют металлизированную, по меньшей мере, трехслойную резонансную фильтровую структуру. В качестве зондирующего излучения используют радиочастоту СВЧ-диапазона, в качестве информативных признаков используют характерные пиковые значения частотной характеристики коэффициентов прямой передачи и обратного отражения.Also known from the prior art is a method of protection against counterfeiting and authenticity control of valuable products, disclosed in the description of the patent of the Russian Federation No. 2276409, G07D 7/06, G06K 19/14, 05/10/2006 [4]. According to this method, a passive protective means of a given structure is formed on the product, which provides the ability to control the presence and authenticity of the said means by a physical method for analyzing resonance effects during external exposure to it by probing electromagnetic radiation of a given radio frequency and detecting parameters of certain informative features in the resonant response of the protective means to mentioned external impact followed by automatic matching registered OF DATA parameters of these informative features with reference values. As a passive protective agent, a metallized at least three-layer resonant filter structure is used. The microwave frequency is used as the probing radiation, and characteristic peak values of the frequency response of the direct transmission and back reflection coefficients are used as informative signs.

К недостаткам всех приведенных выше аналогов следует отнести их недостаточную надежность. Это связано, прежде всего, с тем, что современный уровень развития вычислительной, аналитической и множительной техники позволяет воспроизвести с высокой степенью идентичности практически любую ценную бумагу в неограниченном количестве при сравнительно небольших материальных затратах.The disadvantages of all of the above analogues should include their lack of reliability. This is due, first of all, to the fact that the current level of development of computational, analytical and multiplying equipment allows reproducing with a high degree of identity almost any security paper in unlimited quantities at a relatively low material cost.

Помимо этого, известным является способ защиты от подделок и контроля подлинности ценного изделия, раскрытый в описании к заявке №2007104844, G07D 7/06, 2007. При этом на ценном изделии в качестве защитного средства используют металл с электрохимически обработанной поверхностью с образованием шероховатости наноразмерного уровня, а в качестве детектируемых информационных признаков используют компоненты формируемого такой поверхностью «гигантского» комбинационного рассеяния.In addition, a method of protection against falsification and authenticity control of a valuable product disclosed in the description of application No. 2007104844, G07D 7/06, 2007 is known. In this case, a metal with an electrochemically treated surface with the formation of a roughness of nanoscale level is used as a protective agent. , and as detected informational signs, the components of the “giant” Raman scattering formed by such a surface are used.

Несмотря на потенциальные достоинства защитных средств, использующих эффект «гигантского» комбинационного рассеяния (ГКР), формируемого металлической поверхностью с шероховатостью наноразмерного уровня, требует решения задача создания технологичных, высоковоспроизводимых по характеристикам материалов и структур для формирования элементов защитных структур.Despite the potential advantages of protective agents using the effect of "giant" Raman scattering (GCR), formed by a metal surface with a roughness of nanoscale level, the task of creating technological, highly reproducible in terms of characteristics of materials and structures for the formation of elements of protective structures requires solving.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение уровня надежности защиты от подделок и копирования ценных изделий.The problem to which the invention is directed is to increase the level of reliability of protection against counterfeiting and copying valuable products.

При реализации данного изобретения достигаются несколько технических результатов, заключающихся в повышении степени сложности выполнения защитного средства на ценном изделии, обеспечении технологической воспроизводимости элементов защитных структур одноименных ценных изделий и дополнительном усилении интенсивности детектируемого информационного признака.When implementing this invention, several technical results are achieved, consisting in increasing the degree of complexity of a protective agent on a valuable product, ensuring technological reproducibility of the elements of the protective structures of the same valuable products, and further enhancing the intensity of the detected information feature.

Указанная задача решается тем, что в способе формирования защитной структуры используется технология контролируемой структуризации металлического слоя и усиления сигнала за счет явления интерференции в ГКР - активной наноструктуре защитных элементов.This problem is solved by the fact that the method of forming the protective structure uses the technology of controlled structuring of the metal layer and signal amplification due to the phenomenon of interference in the SERS - the active nanostructure of the protective elements.

Явление традиционного комбинационного рассеивания (КР) света, называемого еще романовским рассеиванием или роман-эффектом, заключается в появлении в спектре света, рассеянного средой, новых спектральных компонент. При этом разности частот этих спектральных линий в спектре КР, называемых стоксовыми ωst,i, и антистоксовыми ωast.i, и частоты возбуждающего света ωL совпадают с частотами внутримолекулярных колебаний Ωi, набор которых, в свою очередь, является однозначной характеристикой молекулы среды. Иными словами, The phenomenon of traditional Raman scattering (Raman scattering) of light, also called Romanov scattering or the Roman effect, consists in the appearance of new spectral components in the spectrum of light scattered by the medium. In this case, the frequency differences of these spectral lines in the Raman spectrum, called the Stokes ω st, i , and anti-Stokes ω ast.i , and the exciting light frequencies ω L coincide with the frequencies of intramolecular vibrations Ω i , the set of which, in turn, is a unique characteristic of the molecule Wednesday. In other words,

ωst,iLi и ωast.iLi. Механизм появления новых линий в спектре рассеянного света имеет ясную радиофизическую аналогию и связан с появлением новых комбинационных частот (боковых полос) в спектре при модуляции амплитуды электромагнитного колебания основной частоты модулирующим колебанием другой частоты.ω st, i = ω Li and ω ast.i = ω L + Ω i . The mechanism of the appearance of new lines in the spectrum of scattered light has a clear radiophysical analogy and is associated with the appearance of new combination frequencies (side bands) in the spectrum when the amplitude of the electromagnetic oscillation of the fundamental frequency is modulated by a modulating oscillation of a different frequency.

Интенсивность рассеянного света определяется соответствующими молекулярными восприимчивостями и числом молекул, попадающих в объем рассеивания (которое, в свою очередь, зависит от плотности вещества, а значит, от его агрегатного состояния). Типичное отношение интенсивности стоксовой компоненты к интенсивности падающего излучения в конденсированных средах (в жидких и твердых телах) составляет I(ωst,i)/I(ωL)=10-6, что позволяет считать КР весьма слабым эффектом.The intensity of the scattered light is determined by the corresponding molecular susceptibilities and the number of molecules falling into the scattering volume (which, in turn, depends on the density of the substance, and therefore on its state of aggregation). A typical ratio of the Stokes component intensity to the incident radiation intensity in condensed matter (in liquid and solid bodies) is I (ω st, i ) / I (ω L ) = 10 -6 , which allows us to consider Raman scattering as a very weak effect.

В 1974 году английский электрохимик М.Флейшман решил увеличить эффективное число молекул, участвующих в рассеянии от монослоя, увеличив площадь поверхности при сохранении площади, освещаемой излучением накачки. Для этого он «пошероховатил» поверхность серебра в электролите (водном растворе КСl) методом анодного травления, а затем там же в электрохимической ячейке адсорбировал на разросшуюся поверхность серебра монослой молекул пиридина C5H5N. М.Флейшману легко удалось наблюдать спектр КР адсорбированных молекул, что он интерпретировал как следствие возрастания эффективной площади монослоя. Однако в конце 70-х годов выяснилось несоответствие высказанной интерпретации, которое заключалось в том, что регистрируемая интенсивность КР увеличилась в 106-107 раз, в то время как эффективная площадь увеличилась лишь на порядок. Это говорило о том, что за наблюдаемым усилением КР может стоять нетривиальный эффект, который позднее был назван «гигантским» комбинационным рассеянием [1].In 1974, the English electrochemist M. Fleishman decided to increase the effective number of molecules involved in scattering from a monolayer, increasing the surface area while maintaining the area illuminated by pump radiation. To do this, he “roughened” the silver surface in an electrolyte (KCl aqueous solution) by anodic etching, and then in the same electrochemical cell he adsorbed a monolayer of C 5 H 5 N pyridine molecules onto an overgrown silver surface. M. Fleishman easily managed to observe the Raman spectrum of adsorbed molecules that he interpreted as a consequence of an increase in the effective area of the monolayer. However, in the late 70s, it became clear that the expressed interpretation was inconsistent with the fact that the recorded Raman intensity increased by 10 6 -10 7 times, while the effective area increased only by an order of magnitude. This indicated that a nontrivial effect, which was later called “giant” Raman scattering [1], may be behind the observed enhancement of Raman scattering.

Еще более значительно локальное поле модифицируется вблизи шероховатой поверхности металла и вблизи поверхности малых (с размером много меньше длины волны падающего поля λ) металлических частиц.Even more significantly, the local field is modified near the rough metal surface and near the surface of small (with a size much smaller than the incident field wavelength λ) metal particles.

Однако для технической реализации эффективных защитных элементов наиболее перспективными представляются технологические разработки по формированию массивов металлических нанообъектов, объединенных в систему с управляемой вариацией параметров, как отдельных нанообъектов (форма, размер), так и системы в целом (расстояние между нанообъектами, степень упорядочивания, симметрия).However, for the technical implementation of effective protective elements, the most promising are technological developments for the formation of arrays of metal nano-objects combined in a system with controlled variation of parameters of both individual nano-objects (shape, size) and the system as a whole (distance between nano-objects, degree of ordering, symmetry) .

Другой технологической задачей, требующей решения при реализации защитных структур, является оптимизация конструкции ГКР-элементов защиты с привлечением дополнительных эффектов для усиления ГКР-сигнала.Another technological task that needs to be addressed when implementing protective structures is to optimize the design of the HRS protection elements with the use of additional effects to enhance the HRS signal.

Основными направлениями создания эффективных ГКР-структур являются следующие:The main directions of creating effective HCR structures are as follows:

- создание ГКР-активных структур на основе островковых пленок благородных металлов,- the creation of GCR-active structures based on island films of noble metals,

- создание структур интерференционного усиления ГКР-сигнала, обеспечивающих дополнительное повышение напряженности электрического поля в ближней оптической зоне наночастиц за счет выполнения условия интерференционного усиления возбуждающего излучения в ГКР-активном слое многослойной структуры.- creation of structures for the interference amplification of the SERS signal, which provide an additional increase in the electric field in the near optical zone of the nanoparticles due to the fulfillment of the conditions for interference amplification of the exciting radiation in the SERS active layer of the multilayer structure.

Главным и серьезным недостатком чувствительных элементов на основе островковых пленок, изготовленных методом вакуумного осаждения, является относительная невоспроизводимость и неоднородность на микро- и наноуровнях: характерные размеры наночастиц лежат в диапазоне от единиц до ста нанометров.The main and serious drawback of sensitive elements based on island films made by vacuum deposition is the relative irreproducibility and heterogeneity at the micro and nanoscale levels: the characteristic sizes of nanoparticles range from a few to a hundred nanometers.

Как таковые островковые пленки возникают при определенных условиях вакуумной конденсации металлического пара на холодной подложке. Согласно электронно-микроскопическим наблюдениям процесс конденсации пара на подложке начинается с внезапного появления частиц примерно одинакового размера. Затем объем частиц увеличивается, причем их размеры быстрее возрастают по направлениям, параллельным подложке, нежели в направлении нормали к ней. Наконец, частицы приходят в соприкосновение друг с другом - происходит их коагуляция (объединение) или коалисценция (слияние). Гранулярное (зернистое) строение пленки, как правило, сохраняется и при последующем ее росте до сплошного покрытия подложки [3].As such, island films appear under certain conditions of vacuum condensation of metal vapor on a cold substrate. According to electron microscopic observations, the process of vapor condensation on a substrate begins with the sudden appearance of particles of approximately the same size. Then the volume of particles increases, and their sizes increase more rapidly in directions parallel to the substrate than in the direction normal to it. Finally, the particles come in contact with each other - they coagulate (combine) or coalesce (merge). The granular (granular) structure of the film, as a rule, is preserved during its subsequent growth to a continuous coating of the substrate [3].

Основными параметрами, определяющими структуру, оптические свойства и ГКР-активность тонких пленок металлов, являются: а) материал подложки; б) условия нанесения (скорость осаждения, уровень вакуума, температура подложки); в) толщина осажденного слоя металла; г) условия его последующей термической обработки.The main parameters that determine the structure, optical properties, and SERS activity of thin metal films are: a) the substrate material; b) application conditions (deposition rate, vacuum level, substrate temperature); c) the thickness of the deposited metal layer; d) the conditions for its subsequent heat treatment.

Результаты исследований позволяют заключить, что управление эффективностью ГКР-активных однослойных структур возможно только в ограниченном диапазоне за счет вариации технологических параметров формирования островковых пленок.The research results allow us to conclude that the efficiency control of SERS-active single-layer structures is possible only in a limited range due to variations in the technological parameters of the formation of island films.

Для рассматриваемых целей наиболее перспективным является использование многослойной структуры.For the purposes under consideration, the use of a multilayer structure is the most promising.

Ниже приводится описание графических материалов, никоим образом не ограничивающих все возможные варианты осуществления заявленного изобретения.Below is a description of the graphic materials, in no way limiting all possible embodiments of the claimed invention.

На фиг.1 представлена оптическая схема устройства, используемого для возбуждения ГКР и детектирования его компонент, формируемых защитной структурой.Figure 1 presents the optical diagram of the device used to excite the SERS and detect its components formed by the protective structure.

На фиг.2 и фиг.3 приведены схематические представления о вариантах ГКР-активных структур. Ниже приведены нумерация основных блоков устройства возбуждения ГКР и детектирования его компонент, а также слоев ГКР - активных наноразмерных структур, их наименования и используемые далее сокращения.Figure 2 and figure 3 shows a schematic representation of the options for SERS-active structures. Below are the numbers of the main blocks of the SERS excitation device and the detection of its components, as well as the SERS layers - active nanoscale structures, their names and abbreviations used below.

1 - лазер (Л),1 - laser (L),

2 - лазерный луч (ЛЛ),2 - laser beam (LL),

3 - лазерное пятно (ЛП),3 - laser spot (LP),

4 - защитная структура (ЗС),4 - protective structure (AP),

5, 6 - компоненты ГКР (КГКР),5, 6 - components of the GKR (KGKR),

7, 8 - узкополосные оптические фильтры КГКР (УОФ),7, 8 - narrow-band optical filters KGKR (UOF),

9, 10 - фоторегистрирующие устройства (ФРУ),9, 10 - photo-recording devices (FRU),

11 - электронно-вычислительное устройство (ЭВУ),11 - electronic computing device (EVU),

12 - верхний ГКР-активный слой (АС),12 - upper GCR-active layer (AC),

13 - резонатор (Р),13 - resonator (P),

14 - зеркало (З),14 - mirror (S),

15 - пористый слой (ПС),15 - porous layer (PS),

16 - подложка ГКР-активной структуры (П).16 - the substrate of the SERS active structure (P).

Ниже приводится пример осуществления изобретения, никоим образом не ограничивающий все возможные варианты его реализации.The following is an example embodiment of the invention, in no way limiting all possible options for its implementation.

Возбуждение ГКР осуществляют с помощью Л (1), ЛЛ (2) которого направляют на определенный участок ЗС (4), формирующий КГКР (5, 6).Excitation of SERS is carried out using L (1), LL (2) of which is directed to a specific section of the GL (4), forming the SAG (5, 6).

Детектирование сформированного на поверхности ЗС (4) в области ЛП (3) идентификационного признака - КГКР (5, 6) производится с помощью ФРУ (9, 10), обладающих спектральной избирательностью на частотах ωst,iL-Ω и ωst,iL+Ω за счет использования на их входах УОФ (7, 8). Обработку идентификационного признака осуществляют с использованием ЭВУ (11).The detection of the identification sign formed on the surface of the CS (4) in the region of the PL (3) —KGKR (5, 6) is carried out using a switchgear (9, 10) with spectral selectivity at the frequencies ω st, i = ω L -Ω and ω st , i = ω L + Ω due to the use of UOF at their inputs (7, 8). The processing of an identification feature is carried out using an EVU (11).

Ниже приведены варианты формирования ГКР - активных структур. Вариант 1.Below are the options for the formation of SERS - active structures. Option 1.

Использование трехслойной структуры элементов защитной структуры.The use of a three-layer structure of the elements of the protective structure.

В этом случае АС (12) может быть выполнен, например из островковой - 5 нм или квазисплошной - 15 нм пленки золота (Аu). Резонатор (13) выполнен, например, из прозрачного для возбуждающего излучения и ГКР диоксида кремния (SiO2). Нижний слой З (14) выполняется из материала с высоким коэффициентом отражения, например из алюминия (Аl), из которого может быть выполнена и П (16) ГКР - активной структуры.In this case, AS (12) can be made, for example, from an island - 5 nm or quasi-continuous - 15 nm film of gold (Au). The resonator (13) is made, for example, of silicon dioxide (SiO 2 ) transparent to the exciting radiation and SERS. The lower layer Z (14) is made of a material with a high reflection coefficient, for example, aluminum (Al), from which P (16) GCR - an active structure can be made.

Формирование АС (12) и Р (13) элементов защитной метки может быть осуществлено, например, на установке вакуумного напыления фирмы Plassys, оснащенной термическим резистивным (для Ag, Аl) и электронно-лучевым (для Аu, Cr, SiO2) испарителями. Характерное рабочее давление должно составлять 5·10-6 мбар при напылении пленок металлов и 5·10-4 мбар при напылении слоев SiO2.The formation of AS (12) and P (13) elements of the protective mark can be carried out, for example, at a Plassys vacuum deposition unit equipped with thermal resistive (for Ag, Al) and electron-beam (for Au, Cr, SiO 2 ) evaporators. The characteristic operating pressure should be 5 · 10 -6 mbar when spraying metal films and 5 · 10 -4 mbar when spraying SiO 2 layers.

При достижении условия, когда амплитуда излучения, отраженного от трехслойной структуры минимальна, основная часть падающего света поглощается в тонкой золотой пленке. На фиг.4 приведены характерные зависимости поглощения падающего света (а) и интенсивности ГКР-сигнала (б) от толщины слоя диоксида кремния (массовая толщина золота 5 нм) [2].When the condition is reached when the amplitude of the radiation reflected from the three-layer structure is minimal, the main part of the incident light is absorbed in a thin gold film. Figure 4 shows the characteristic dependences of the absorption of incident light (a) and the intensity of the SERS signal (b) on the thickness of the silicon dioxide layer (mass thickness of gold 5 nm) [2].

Сравнительный анализ зависимости коэффициента отражения и интенсивности ГКР-сигнала от толщины слоя оксида кремния позволяет выявить оптимальные параметры резонатора. Максимальное значение ГКР-сигнала при массовой толщине золота 5 нм достигается при толщине диэлектрика, соответствующей 120-125 нм, а при 15 нм - 150-160 нм. Такая разница объясняется различием оптических свойств пленок золота различной массовой толщины. Установлено, что ГКР-сигнал может быть усилен более чем на порядок (т.е. в 11-44 раза в зависимости от морфологии слоя золота) по сравнению с сигналом от аналогичного ГКР-активного слоя, сформированного на поверхности SiO2 в отсутствие структуры «резонатор-зеркало» [2].A comparative analysis of the dependence of the reflection coefficient and the intensity of the SERS signal on the thickness of the silicon oxide layer allows us to identify the optimal resonator parameters. The maximum value of the SERS signal at a mass thickness of gold of 5 nm is achieved with a dielectric thickness corresponding to 120-125 nm, and at 15 nm - 150-160 nm. This difference is explained by the difference in the optical properties of gold films of different mass thickness. It was found that the SERS signal can be amplified by more than an order of magnitude (i.e., 11-44 times depending on the morphology of the gold layer) as compared with the signal from a similar SSC active layer formed on the surface of SiO 2 in the absence of the « resonator-mirror ”[2].

Вариант 2. Использование квазитемплатной технологии изготовления ГКР-активных структур, основанных на использовании поверхности пористого материала для структуризации ГКР-активного слоя - пленки золота. Предлагаемая технология позволяет создавать эффективные и высоковоспроизводимые по характеристикам структуры.Option 2. The use of quasi-standard technology for the fabrication of SERS active structures based on the use of the surface of a porous material for structuring the SSC active layer - a gold film. The proposed technology allows you to create efficient and highly reproducible characteristics of the structure.

Пористый слой ПС (15) оксида алюминия сформирован электрохимическим методом в водных растворах органических и неорганических кислот различных концентраций. В основе эффекта порообразования лежит равновесие между одновременно протекающими электрохимическими процессами локального нарастания и растворения оксида алюминия. Основными технологическими параметрами процесса формирования пористого слоя служат напряжение анодизации, состав, концентрация и температура электролитического раствора. Наименьшие по диаметру поры (4 нм) могут быть получены анодированием в 10% водном растворе серной кислоты при напряжении 5 В, наиболее крупные поры 200 нм - в 5% растворе фосфорной кислоты. Диаметр пор увеличивается по линейному закону при увеличении напряжения, дополнительное увеличение размера пор достигается за счет химического травления в 3% водном растворе фосфорной кислоты. Анодирование может осуществляться в потенциостатическом режиме при использовании 3-х типов водных растворов кислот (серной, щавелевой и фосфорной), а напряжение варьироваться в диапазоне 10-20 В для H2SO4, 20-60 В для (СООН)2 и 40-60 В для Н3РO4. Время первичной анодизации составляет 60 мин, а продолжительность вторичной определяется требуемой толщиной пористого слоя.The porous layer of PS (15) alumina is formed by the electrochemical method in aqueous solutions of organic and inorganic acids of various concentrations. The effect of pore formation is based on the equilibrium between simultaneously occurring electrochemical processes of local growth and dissolution of aluminum oxide. The main technological parameters of the process of formation of the porous layer are the anodization voltage, composition, concentration and temperature of the electrolytic solution. The smallest pores in diameter (4 nm) can be obtained by anodizing in a 10% aqueous solution of sulfuric acid at a voltage of 5 V, the largest pores of 200 nm in a 5% solution of phosphoric acid. The pore diameter increases linearly with increasing voltage, an additional increase in pore size is achieved by chemical etching in a 3% aqueous solution of phosphoric acid. Anodizing can be carried out in a potentiostatic mode using 3 types of aqueous solutions of acids (sulfuric, oxalic and phosphoric), and the voltage can vary in the range of 10-20 V for H 2 SO 4 , 20-60 V for (COOH) 2 and 40- 60 V for H 3 PO 4 . The primary anodization time is 60 minutes, and the secondary duration is determined by the required thickness of the porous layer.

По результатам экспериментов установлено, что отличительной особенностью пористых слоев, сформированных в растворе H2SO4, является высокая степень упорядоченности и правильность формы пор [2].According to the results of the experiments, it was found that a distinctive feature of the porous layers formed in the H 2 SO 4 solution is a high degree of ordering and the correct pore shape [2].

Таким образом, применение предлагаемых способов, основанных на использовании современных технологий формирования структур наноразмерного уровня, позволяет создавать высоковоспроизводимые защитные структуры с заданными характеристиками, способствующие дополнительному усилению эффекта гигантского комбинационного рассеяния, являющегося идентификационным признаком подлинности защищаемых ценных изделий.Thus, the application of the proposed methods based on the use of modern technologies for the formation of structures of the nanoscale level allows the creation of highly reproducible protective structures with predetermined characteristics, which further enhance the effect of giant Raman scattering, which is an identification sign of the authenticity of protected valuable products.

Литературные источникиLiterary sources

1. Акципетров О.А. Гигантские нелинейно-оптические явления на поверхности металлов. Соросовский образовательный журнал, том 7, №7, 2001.1. Akcipetrov O.A. Giant nonlinear optical phenomena on the surface of metals. Soros Educational Journal, Volume 7, No. 7, 2001.

2. Кощеев С.В. Оптимизация активных элементов датчиков, использующих эффект гигантского комбинационного рассеяния. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина), 2006.2. Koscheev S.V. Optimization of active sensor elements using the giant Raman scattering effect. Abstract for the degree of candidate of technical sciences, St. Petersburg State Electrotechnical University "LETI" named after V.I. Ulyanova (Lenina), 2006.

3. Петров А.Ю. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986.3. Petrov A.Yu. Clusters and small particles. M .: Nauka, 1986.

Claims (3)

1. Способ формирования наноразмерной структуры для защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий с использованием эффекта гигантского комбинационного рассеяния, отличающийся тем, что при его использовании обеспечивается высокая степень воспроизводимости защитных элементов для одноименных ценных изделий, а в качестве материала защитного средства используют наноразмерные структуры, обеспечивающие дополнительное усиление идентификационного признака за счет интерференции в них зондирующего электромагнитного сигнала видимого оптического диапазона.1. The method of forming a nanoscale structure for protection against counterfeiting and authenticity of valuable products using the giant Raman scattering effect, characterized in that when it is used, a high degree of reproducibility of the protective elements for the same valuable products is provided, and nanosized structures are used as the protective material, providing additional amplification of the identification feature due to the interference of the sounding electromagnetic signal in them optical range. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наноразмерной структуры, усиливающей эффект гигантского комбинационного рассеяния, используют трехслойную структуру, последовательно содержащую островковую или квазисплошную металлическую пленку, выполненную, например, из золота, оптически прозрачный для зондирующего излучения и гигантского комбинационного рассеяния диэлектрик, например диоксид кремния, и металл с хорошей отражающей способностью, например алюминий.2. The method according to claim 1, characterized in that as a nanoscale structure enhancing the effect of giant Raman scattering, use a three-layer structure, sequentially containing an insular or quasi-solid metal film made, for example, of gold, optically transparent for probe radiation and giant Raman scattering dielectric, for example silicon dioxide, and a metal with good reflectivity, for example aluminum. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наноразмерной структуры, усиливающей эффект гигантского комбинационного рассеяния, используют металлическую пленку, например, из золота, структуированную пористой поверхностью, например, диоксида алюминия, сформированного на поверхности алюминия путем его электрохимического травления в водном растворе, например, серной кислоты. 3. The method according to claim 1, characterized in that as a nanoscale structure enhancing the effect of giant Raman scattering, use a metal film, for example, of gold, structured by a porous surface, for example, aluminum dioxide formed on the surface of aluminum by electrochemical etching in an aqueous solution, for example, sulfuric acid.
RU2008111887/28A 2008-03-28 2008-03-28 Method of forming nanosized structure for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles using giant raman scattering effect RU2386173C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008111887/28A RU2386173C2 (en) 2008-03-28 2008-03-28 Method of forming nanosized structure for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles using giant raman scattering effect

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008111887/28A RU2386173C2 (en) 2008-03-28 2008-03-28 Method of forming nanosized structure for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles using giant raman scattering effect

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008111887A RU2008111887A (en) 2009-10-10
RU2386173C2 true RU2386173C2 (en) 2010-04-10

Family

ID=41260213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008111887/28A RU2386173C2 (en) 2008-03-28 2008-03-28 Method of forming nanosized structure for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles using giant raman scattering effect

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2386173C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008111887A (en) 2009-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7351588B2 (en) Optical sensor with layered plasmon structure for enhanced detection of chemical groups by SERS
Qi et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy with monolithic nanoporous gold disk substrates
EP2325634B1 (en) Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
US8471217B2 (en) Fluorescent non-metallic particles encapsulated in a metallic coating
Araújo et al. Highly efficient nanoplasmonic SERS on cardboard packaging substrates
US20110250464A1 (en) Directly fabricated nanoparticles for Raman scattering
US20190391302A1 (en) A plasmonic device
US20080225287A1 (en) Analyte detection using nanowires produced by on-wire lithography
Shalabney et al. Detailed study of surface-enhanced Raman scattering from metallic nanosculptured thin films and their potential for biosensing
CN104034657A (en) Analysis device, analysis method, optical element, method of designing optical element, and electronic apparatus
CN103288046B (en) Two-dimensional periodic V-shaped metal plasma resonance structure and method for manufacturing same
Strelchuk et al. Optical characterization of SERS substrates based on porous Au films prepared by pulsed laser deposition
Cottat et al. Highly sensitive detection of paclitaxel by surface-enhanced Raman scattering
RU2386173C2 (en) Method of forming nanosized structure for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles using giant raman scattering effect
RU2359328C2 (en) Method for counterfeit protection and authentication of valuables
Bahns et al. Hole-enhanced Raman scattering
RU2325700C1 (en) Method of protection against forgery and precious items authenticity control
RU2696899C1 (en) Device for amplification of raman scattering of light
RU2343549C1 (en) Method for counterfeit protection and control of valuable articles identity
RU2380757C2 (en) Method for valuable articles counterfeit protection and identity verification
RU2571620C1 (en) Method for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles
Fasolato et al. Self-assembled nanoparticle aggregates: organizing disorder for high performance surface-enhanced spectroscopy
RU2343547C1 (en) Method of counterfeit protection and detection of valuable articles identity
RU2573197C2 (en) Method for protection from forgery and checking authenticity of valuable articles
Mousavi et al. Lab-on-A-chip compatible design laying over nanostructured silicon

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120329