一种具有纳米复合结构的光学防伪标识
阅读说明：本技术 一种具有纳米复合结构的光学防伪标识 (Optical anti-counterfeiting mark with nano composite structure ) 是由 潘安练 李梓维 黄明 于 2020-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有纳米复合结构的光学防伪标识,采用如下方法制得,采用如下方法制得,步骤一：制备纳米复合结构,所述纳米复合结构包括衬底以及衬底上方的金纳米结构层,衬底包括单晶硅片或金属氧化物制成,步骤二：纳米复合结构阵列组合成任意图形；步骤三：利用白光照射所述图形,对光进行明场与暗场区分,从而显示出不同的明暗场图案而实现光学防伪。本发明操作简单,难度小,实现可能性高,实际生产价值更大。(The invention discloses an optical anti-counterfeiting mark with a nano composite structure, which is prepared by the following method: preparing a nano composite structure, wherein the nano composite structure comprises a substrate and a gold nano structure layer above the substrate, the substrate comprises a monocrystalline silicon wafer or a metal oxide, and the second step comprises the following steps: combining the nano composite structure array into any pattern; step three: the pattern is irradiated by white light, and bright field and dark field of the light are distinguished, so that different bright and dark field patterns are displayed, and optical anti-counterfeiting is realized. The method has the advantages of simple operation, small difficulty, high realization possibility and higher actual production value.)
技术领域
本发明属于光学防伪材料技术领域，具体涉及一种具有纳米复合结构的光学防伪标识。
背景技术
目前光学防伪标签是将特殊的荧光材料设计成图案或文字，然后在外界光源照射下通过肉眼或者专业仪器进行识别，防伪材料依据其自身独特的性能被应用于各个新兴领域，包括在食品安全、工业制造、医疗、军事等领域。现有的荧光防伪材料主要是在荧光材料的物性方面进行创新，比如说光衍光学防伪：传统的全息光栅是反射透明材料的表面光栅，而光衍可隐藏在具有不同的光学指数微层或者透明材料中。它具有比全息图还要精细的微光栅结构，可以做成一层光学薄膜来作光学防伪标识。目前应用于二代身份证防伪上，二代身份证左上角的图标正面看为湖绿色但是当将它平面旋转90°时，便完全变成了另外一种颜色；如现有发明专利CN201310059481.9名称为一种可用于防伪技术的高分子紫外荧光材料，涉及一种高分子化荧光材料及其制备方法。本发明提供了在稳定的聚芳醚类非共轭聚合物侧链引入结构明确的小分子有机发光基团的聚合物类发光材料及其制备方法,该聚合物的发光波长来自接枝于聚合物主链的有机发光基团的发射,不受其他基团的影响,结合聚芳醚类聚合物的稳定性和良好加工性优点,可极大扩展有机小分子发光材料的使用范围,可在显示、防伪、传感等发光领域获得应用。
又如现有技术CN111474613A，发明名称为一种具有纳米复合结构的光学防伪标识及其应用，其公开了一种具有纳米复合结构的光学防伪标识，该结构从上至下依次为金纳米螺旋层、二硫化钼发光层、二氧化硅薄层、金薄层以及硅片，金纳米螺旋层是两匝的阿基米德螺旋光栅结构，利用金纳米结构的局域等离激元共振效应，有效调控半导体材料吸光效率，利用单色偏振激光激发材料，实现荧光发射偏振可调，从而实现高精度、高安全性荧光防伪。
上述现有技术中利用荧光防伪，除了需要选择特定的荧光材料外，有的还需要使用特定波长的激光激发，操作麻烦，实现难度大，所以急需开发一种通过利用普通白炽灯检测的光学防伪技术，偏振的白光在照射在不同结构，散射出强度不同的信号来实现防伪的方法。目前现有技术中还没有利用在不同结构上的宽谱白光反射来实现防伪的技术。
发明内容
本发明提供一种具有纳米复合结构的光学防伪标识，由多个光学防伪纳米复合结构阵列组合成的几何图形制得，通过白光照射，由于白光存在偏振，不同的偏振效果就会有不同的反射光，从而显示出不同的明暗场图案来实现高精度、高安全性光的光学防伪。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种具有纳米复合结构的光学防伪标识，采用如下方法制得，步骤一：制备纳米复合结构，所述纳米复合结构包括衬底以及衬底上方的金纳米结构层，衬底包括单晶硅片或金属氧化物制成，步骤二：纳米复合结构阵列组合成任意图形；步骤三：利用白光照射所述图形，对光进行明场与暗场区分，从而显示出不同的明暗场图案而实现光学防伪。
进一步的，所述金纳米结构层为螺旋结构或圆柱的立体结构。
进一步的，所述螺旋结构是单匝的阿基米德螺旋光栅结构，且分为顺时针或逆时针两种，螺旋层的螺旋起始半径为100nm，光栅宽度为100nm，光栅间距为200nm，硅片为<100>或<111>晶向单面抛光本征单晶硅片；图形根据多个顺时针螺旋单元和逆时针螺旋单元根据预先的设计组成，相邻螺旋单元之间的间距为1000nm。
进一步的，所述金属氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化钙或氧化钾中的一种。
进一步的，所述纳米复合结构通过以下方法制得，首先选取硅片或金属氧化物作为衬底，利用电子束曝光系统将设计优化的纳米复合结构，通过纳米图案生成软件，曝光在事先准备好的硅片上制得。
本发明的原理：当结构不同时，就会产生不同的偏振，不同的偏振效果就会有不同的反射光，从而显示出不同的明暗场图案，通过对明暗场不同范围大小的照射光下面的图案对比，从而由不同的结构反映出不同的图案，从而实现高精度、高安全性光学防伪。
本发明的有益效果：
本发明的纳米复合结构基于光的反射的物理原理，通过设计金纳米螺旋结构，利用白光反射，通过不同的结构反射实现不同的光学图像，不涉及光的吸收和再反射，从而产生“明文”和“暗文”不一样的发光图样，实现光学防伪。该结构操作简单，实现起来容易，并且可以实现灵活的光发射范围调控，通过不同光范围的调控实现不同的图案，在光学防伪标识及光电领域和生物医疗领域都具有较大应用潜力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案以及本发明的有益效果，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的结构。
图1为本发明的整体复合结构的结构示意图。
图2为金纳米螺旋结构的尺寸参数。
图3为该复合结构显微图样。
图4为不同1/4圆照射大小、暗场下状态下的光学图像。
图5为不同半圆照射大小、白光照射下状态下的光学图像。
具体实施方式
本发明的具体实施例：
如图1所示，本实施例的一种具有纳米复合结构的光学防伪标识，复合结构主要由硅衬底、螺旋结构(本实施例的立体结构为螺旋结构)两部分组成，硅衬底由二氧化硅薄片2和基底3，基底3是单晶硅片，在硅衬底上方是金纳米螺旋层1，金纳米螺旋层是单匝的阿基米德螺旋光栅结构，螺旋的起始半径为100nm左右，光栅宽度为100nm左右，光栅间距为200nm左右，厚度为30nm左右，硅片为<100>或<111>晶向单面抛光本征单晶硅片。荧光防伪标识是由多个上述光学防伪纳米复合结构阵列组合成几何图形制得，几何图形分为左旋结构和右旋结构两种，各个螺旋单元之间的间距大约为1100nm。
然后将硅基底表面旋涂PMMA 950K胶，匀胶参数3000r/s,匀胶时间60s；随后放置热板烘干，热板温度设置180C，烘干时间5分钟，利用电子束曝光系统将之前设计优化的纳米复合结构，通过纳米图案生成软件，曝光在已制备的烘干的基底上，用镊子夹取曝光后的基底浸泡在显影和定影液中，浸泡时间60s，形成曝光图案，随后用电子束蒸发系统在准备好的基底上蒸镀40nm的金膜，然后在丙酮中浸泡，2h后将其剥离、氮气枪吹干，此为最终复合结构。
对本实施例纳米复合结构进行表征：
参见图2，图2为金螺旋结构的尺寸参数，其中螺旋的起始半径为100nm左右，光栅宽度为100nm左右，光栅间距为200nm左右。
参见图3，描绘本实施例的纳米复合结构阵列组合成几何图形，包括顺时针旋转的螺旋复合结构组成字母“bkn”，其他均为逆时针旋转的螺旋复合结构阵列在“bkn”四周，从此图中可以明显的看出不同螺旋结构的不同，在白光照射后不同的偏振效果会产生不同的发光图样。
参见图4，一种荧光防伪标识，荧光防伪标识利用本实施例的纳米复合结构单元阵列组合成几何图形，几何图形由顺时针螺旋单元和逆时针螺旋单元组成，螺旋单元之间的间距为1.1mm。几何图形中若干个螺旋单元构成三个字符“bkn”在暗场下，顺时针旋转的金纳米螺旋颗粒所反射出的偏振光和逆时针旋转的金纳米螺旋颗粒反射出的偏振光不同，由于不同的结构所反射的不同偏振光，所以就会形成不同的发光图像。
参见图5，同图4，荧光防伪标识利用本实施例的纳米复合结构单元阵列组合成几何图形，几何图形由顺时针螺旋单元和逆时针螺旋单元组成，“bkn”是顺时针的单匝阿基米德线圈，其余的纳米螺旋精确地设计成逆时针螺旋方向。几何图形中若干个螺旋单元构成三个字符“bkn”在白光照射下，顺时针旋转的金纳米螺旋颗粒几乎不发光，只有不同于“bkn”的逆时针金纳米螺旋结构发出荧光，在不同的照射范围下，结构不同偏振光不同，这是因为不同的结构所反射的不同偏振光。
本实施例的操作简单，难度小，实现可能性高，实际生产价值更大。纳米复合结构应用于光学防伪可以实现微米级的光学分辨率，分辨率较之前的激光防伪，光学刻蚀防伪等技术，该技术分辨率大大提升，该结构基于半导体材料的偏振光不同的原理，并结合不同的辐照范围，从而实现偏振光响应的发光图案。该技术利用偏振光激发，具有高分辨、安全性高的优点，相关的荧光防伪技术可广泛应用于硬盘、电子芯片等产品，也可应用于硬盘数据等高精度防伪。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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