基于蝶翅鳞片微纳结构的灰度防伪标识及其制备方法与流程

本发明属于仿生纳米光子学技术领域，涉及一种基于蝶翅鳞片微纳结构的灰度防伪标识及其制备方法。

背景技术：

为了防止未经所有权人准许而进行仿制或复制的活动,人们在生产生活中逐渐发展出了诸多能准确鉴别真伪，并不易被仿制和复制的技术，即防伪技术。货币、有价证券等一般采用复合防伪技术，可选择的技术主要包括纸张防伪、油墨防伪，光学全息防伪及印刷防伪技术等。随着时代的发展，这些防伪技术面临着门槛不高大众化，部分专利技术公开化等困扰，或多或少地面临越来越严峻的伪造风险。

过去的防伪技术大多集中在防伪材料，印刷技术，数码技术，它们或多或少的存在着一些问题，例如辨识度低，技术门槛低，鉴别难等。因此，新型辨识度高、容易鉴别的防伪技术的设计及制备显得尤为迫切。

在结构颜色的研究中，科学家发现燕尾蝶的鳞翅是由类似鸡蛋外包装纸盒一样凹型光学微结构组成，这种三维微纳米结构可以改变入射光偏振态，对它的理论和实验研究国际上已开展多时，以其结构为目标的人工微纳结构仿生合成工作一直在进行，但目前在我国还未实现利用这种仿生结构制备偏振敏感的灰度防伪标识的应用型研究。

授权公告号为cn102717613b的中国专利公开了一种具有蝶翅微观结构的材料的制备方法，制备方法包括：选择具有微观结构的蝶翅进行前处理；将前处理后的所述蝶翅浸渍于含所需材料元素相应的可溶性盐溶液中；将浸渍后的所述蝶翅根据所需材料的不同进行相应的高温制度烧结。其中，所述前处理步骤为：将所述蝶翅置于室温下无水乙醇、体积分数为6～20％hcl溶液、体积分数为6～20％naoh溶液中的一种溶液浸渍2～8h或几种溶液中分别依次浸渍2～8h；所述浸渍于可溶性盐溶液的时间为2～24h，可溶性盐溶液的浓度为5％至饱和。所述烧结步骤为：将所述蝶翅放于所述密闭炉中，在真空或惰性气体下将所述密闭炉内的温度从室温升至500～1200℃，然后在最高温度保温2～6h。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于蝶翅鳞片微纳结构的灰度防伪标识及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于蝶翅鳞片微纳结构的灰度防伪标识的制备方法，该方法首先采用油墨在银衬底上描绘出所需的防伪图案，然后于银衬底表面上排列单层聚苯乙烯小球，通过提拉获得表面负载有单层聚苯乙烯薄膜的银衬底，待单层聚苯乙烯薄膜上的溶液完全挥发，获得聚苯乙烯小球模板，再通过电镀银在除防伪图案以外的部位获得聚苯乙烯小球模板的反结构，后经超声除球、油墨清洗，即可。

所述的反结构的表面具有紧密排列的凹坑。

所述的凹坑改变正入射光的偏振方向90°。

基于蝶翅鳞片微纳结构的灰度防伪标识的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤(1)：将剪裁好的银衬底浸入丙酮中进行超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

步骤(2)：将一面镀银的玻璃片浸入含有盐酸、双氧水的混合溶液中，超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

步骤(3)：采用油性笔在步骤(1)吹干后的银衬底上绘制出所需的防伪图案；

步骤(4)：配制单分散聚苯乙烯小球溶液，超声处理，使得聚苯乙烯小球分散均匀，再加入醇，混合均匀，制得聚苯乙烯小球的醇溶液；

步骤(5)：将步骤(4)制得的聚苯乙烯小球的醇溶液滴加到l-b膜仪器上，通过l-b膜仪器制备单层聚苯乙烯小球膜，然后用步骤(3)中绘制有所需防伪图案的银衬底提拉出单层聚苯乙烯薄膜，待单层聚苯乙烯薄膜上的溶液完全挥发，获得聚苯乙烯小球模板；

步骤(6)：于哈氏槽内加入无氰电镀银溶液，将聚苯乙烯小球模板、步骤(2)处理后的玻璃片置于无氰电镀银溶液中，进行电镀处理，获得聚苯乙烯小球模板的反结构，后经超声除球、油墨清洗，即可。

步骤(1)中所述的银衬底为银箔纸，该银箔纸裁剪成10mm×20mm的长方形。

步骤(2)所述的混合溶液中盐酸、双氧水及水的体积比为1:1:6。

步骤(4)所述的聚苯乙烯小球的粒径为3-6μm。

所述的单分散聚苯乙烯小球溶液中聚苯乙烯小球的质量分数为4-5％。

步骤(5)中所述的提拉的工艺条件为：于室温下，控制提拉速度为1.2-3mm/min。

步骤(6)中玻璃片与聚苯乙烯小球模板的面积比为1:2，所述的电镀处理的条件为：控制电流≤5ma，电镀时间为10-20min。

步骤(6)中所述的无氰电镀银溶液选自市售的亚氨基二磺酸铵镀银溶液。

采用上述方法制备而成的基于蝶翅鳞片微纳结构的灰度防伪标识。

本发明中所述的l-b膜仪器包括机架、朗谬尔水槽、控制机构和执行机构，所述的朗谬尔水槽设置在机架的下方，所述的执行机构吊设在机架上，经控制机构控制升降的速率。

其中，控制机构采用单片机stc12c4052ad作为主控，用a4988步进电机专用驱动芯片来驱动步进电机。步进电机控制升降速率为2.0-99.9mm/min，按照0.1mm/min速率进行调节，并且支持执行机构上升到顶部自动停机，满足实验使用需求。步进电机为小型两相四线丝杆步进电机。执行机构包括滑块、挂钩及燕尾夹，所述的滑块经步进电机带动升降，所述的挂钩与滑块连接，所述的燕尾夹挂设在挂钩的下方。朗谬尔水槽的两侧设置有推杆，在朗谬尔水槽的推紧液面上排列较松散的小球，利用推杆使其形成膜。

在操作本设备时，主要步骤为：首先给本设备上电，数码管点亮显示初始设定值2.0mm/min。此时按下stop/set键，数码管最后一位小数点点亮表示进入设置模式，按下up/+按钮增加，down/-按钮减小，再次按下stop/set按钮退出设定模式，小数点最后一位熄灭。然后，按下up/+按钮，设备开始向上提拉，若按下down/-按钮，滑块下降，按下stop/set按钮则停止运行。需要注意的是只有在设备停机的时候按下stop/set按钮才能进入设置模式。

与现有技术相比，本发明方法先是使用油墨在银衬底上描绘出所需的图案，然后在银衬底上排列单层聚苯乙烯小球，再通过电镀银方法、超声和油墨清洗来获得密排单层小球的反结构，实现对蝶翅表面凹坑结构的复制，制备成功可通过偏振片识别的新型灰度防伪标识。本发明方法制备过程中安全无毒，通过仿制蝶翅表面微纳凹坑结构，可以将入射凹坑部位的线偏振光的偏振方向改变90°，通过旋转两块偏振片，可以看到有凹坑结构的部位和无此结构部位的明暗度区别，利用这种特点可以制成支持图案定制的新型灰度防伪标识。

附图说明

图1为本发明制备方法的流程图；

图2为本发明光子结构的显微镜照片；

图3为本发明实际效果展示图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1-3所示，本实施例基于蝶翅鳞片微纳结构的灰度防伪标识的制备方法，具体包括以下步骤：

a)将银箔纸裁剪成10mm×20mm的长方形；

b)剪裁好的银箔浸入丙酮中，在超声池中超声15min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

c)再把一面镀银的玻片浸入hcl：h2o2：h2o＝1：1：6的混合液中，在超声池超声15min，然后用去离子水清洗，n2吹干备用；

d)使用油性笔在银衬底上绘制出所需的防伪图案。

e)将质量分数为5％粒径5μm的单分散聚苯乙烯小球溶液先放入超声池中超声10min，让小球分散均匀；

f)将分散均匀的质量分数为5％的聚苯乙烯小球溶液与无水乙醇1:1混合制备混合液待用；

g)将制备的混合液滴加到l-b仪器上制备单层聚苯乙烯小球膜(静置10min)，然后用处理好的银箔提拉出单层的聚苯乙烯薄膜，待膜上溶液挥发之后即得到聚苯乙烯小球模板；

h)在哈氏槽内加入无氰电镀银液进行电镀，电流控制在5毫安内，镀件(玻片)和银电极的面积比为1：2，电镀时间15min；

i)最终将电镀后的样品放入丙酮中进行超声除球和油墨清洗，时间15min。

实施例2：

本实施例基于蝶翅鳞片微纳结构的灰度防伪标识的制备方法，该方法首先采用油墨在银衬底上描绘出所需的防伪图案，然后于银衬底表面上排列单层聚苯乙烯小球，通过提拉获得表面负载有单层聚苯乙烯薄膜的银衬底，待单层聚苯乙烯薄膜上的溶液完全挥发，获得聚苯乙烯小球模板，再通过电镀银在除防伪图案以外的部位获得聚苯乙烯小球模板的反结构，后经超声除球、油墨清洗，即可。

其中，反结构的表面具有紧密排列的凹坑，该凹坑的侧壁改变正入射光的偏振方向90°。

本实施例方法具体包括以下步骤：

步骤(1)：将剪裁好的银衬底浸入丙酮中进行超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

步骤(2)：将一面镀银的玻璃片浸入含有盐酸、双氧水的混合溶液中，超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

步骤(3)：采用油性笔在步骤(1)吹干后的银衬底上绘制出所需的防伪图案；

步骤(4)：配制单分散聚苯乙烯小球溶液，超声处理，使得聚苯乙烯小球分散均匀，再加入醇，混合均匀，制得聚苯乙烯小球的醇溶液；

步骤(5)：将步骤(4)制得的聚苯乙烯小球的醇溶液滴加到l-b膜仪器上，通过l-b膜仪器制备单层聚苯乙烯小球膜，然后用步骤(3)中绘制有所需防伪图案的银衬底提拉出单层聚苯乙烯薄膜，待单层聚苯乙烯薄膜上的溶液完全挥发，获得聚苯乙烯小球模板；

步骤(6)：于哈氏槽内加入无氰电镀银溶液，将聚苯乙烯小球模板、步骤(2)处理后的玻璃片置于无氰电镀银溶液中，进行电镀处理，获得聚苯乙烯小球模板的反结构，后经超声除球、油墨清洗，即可。

步骤(1)中银衬底为银箔纸，该银箔纸裁剪成10mm×20mm的长方形。

步骤(2)中混合溶液中盐酸、双氧水及水的体积比为1:1:6。

步骤(4)中聚苯乙烯小球的粒径为3μm。单分散聚苯乙烯小球溶液中聚苯乙烯小球的质量分数为4％。

步骤(5)中提拉的工艺条件为：于室温下，控制提拉速度为1.2mm/min。

步骤(6)中玻璃片与聚苯乙烯小球模板的面积比为1:2，所述的电镀处理的条件为：控制电流为2ma，电镀时间为10min。无氰电镀银溶液选自市售的亚氨基二磺酸铵镀银溶液。

实施例3：

本实施例方法具体包括以下步骤：

步骤(1)：将剪裁好的银衬底浸入丙酮中进行超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

步骤(2)：将一面镀银的玻璃片浸入含有盐酸、双氧水的混合溶液中，超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

步骤(3)：采用油性笔在步骤(1)吹干后的银衬底上绘制出所需的防伪图案；

步骤(4)：配制单分散聚苯乙烯小球溶液，超声处理，使得聚苯乙烯小球分散均匀，再加入醇，混合均匀，制得聚苯乙烯小球的醇溶液；

步骤(5)：将步骤(4)制得的聚苯乙烯小球的醇溶液滴加到l-b膜仪器上，通过l-b膜仪器制备单层聚苯乙烯小球膜，然后用步骤(3)中绘制有所需防伪图案的银衬底提拉出单层聚苯乙烯薄膜，待单层聚苯乙烯薄膜上的溶液完全挥发，获得聚苯乙烯小球模板；

步骤(6)：于哈氏槽内加入无氰电镀银溶液，将聚苯乙烯小球模板、步骤(2)处理后的玻璃片置于无氰电镀银溶液中，进行电镀处理，获得聚苯乙烯小球模板的反结构，后经超声除球、油墨清洗，即可。

步骤(1)中银衬底为银箔纸，该银箔纸裁剪成10mm×20mm的长方形。

步骤(2)中混合溶液中盐酸、双氧水及水的体积比为1:1:6。

步骤(4)中聚苯乙烯小球的粒径为6μm。单分散聚苯乙烯小球溶液中聚苯乙烯小球的质量分数为5％。

步骤(5)中提拉的工艺条件为：于室温下，控制提拉速度为2mm/min。

步骤(6)中玻璃片与聚苯乙烯小球模板的面积比为1:2，所述的电镀处理的条件为：控制电流为3ma，电镀时间为20min。无氰电镀银溶液选自市售的亚氨基二磺酸铵镀银溶液。

实施例4：

本实施例方法具体包括以下步骤：

步骤(1)：将剪裁好的银衬底浸入丙酮中进行超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

步骤(2)：将一面镀银的玻璃片浸入含有盐酸、双氧水的混合溶液中，超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

步骤(3)：采用油性笔在步骤(1)吹干后的银衬底上绘制出所需的防伪图案；

步骤(4)：配制单分散聚苯乙烯小球溶液，超声处理，使得聚苯乙烯小球分散均匀，再加入醇，混合均匀，制得聚苯乙烯小球的醇溶液；

步骤(5)：将步骤(4)制得的聚苯乙烯小球的醇溶液滴加到l-b膜仪器上，通过l-b膜仪器制备单层聚苯乙烯小球膜，然后用步骤(3)中绘制有所需防伪图案的银衬底提拉出单层聚苯乙烯薄膜，待单层聚苯乙烯薄膜上的溶液完全挥发，获得聚苯乙烯小球模板；

步骤(6)：于哈氏槽内加入无氰电镀银溶液，将聚苯乙烯小球模板、步骤(2)处理后的玻璃片置于无氰电镀银溶液中，进行电镀处理，获得聚苯乙烯小球模板的反结构，后经超声除球、油墨清洗，即可。

步骤(1)中银衬底为银箔纸，该银箔纸裁剪成10mm×20mm的长方形。

步骤(2)中混合溶液中盐酸、双氧水及水的体积比为1:1:6。

步骤(4)中聚苯乙烯小球的粒径为4μm。单分散聚苯乙烯小球溶液中聚苯乙烯小球的质量分数为4.5％。

步骤(5)中提拉的工艺条件为：于室温下，控制提拉速度为3mm/min。

步骤(6)中玻璃片与聚苯乙烯小球模板的面积比为1:2，所述的电镀处理的条件为：控制电流为1ma，电镀时间为20min。无氰电镀银溶液选自市售的亚氨基二磺酸铵镀银溶液。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。