动态安全设备的制作方法

本发明涉及安全设备领域。具体地，本发明涉及基于对加速度的响应的动态安全设备。

提供高等级防伪保护的安全设备(或特征)对于确保用于金融交易或个人识别的安全文件的真实性的置信度是至关重要的。多种类型的安全设备已经被开发并且被集成到安全文件诸如银行钞票、硬币、护照、身份文件、id卡和信用卡内。一些安全设备要么被保密，要么需要使用机器才能被正确地识别。虽然被官方认证为有效，但是一般公众不能够容易地使用这样的高级安全设备来评定文件的有效性。因此，被设计由一般公众使用的安全设备(即“1级”安全设备)也被集成到安全文件内，以防止在个体之间进行交易期间使用伪造文件。1级安全设备对于为一般公众提供高等级的置信度是至关重要的，并且防止在被官方机构测试为伪造文件并且将其移出流通之前使伪造文件广泛分布。

银行钞票和其他安全文件常常集成了1级安全设备，以提供由一般公众进行的安全认证。例如，可用在银行钞票上的最基本的1级安全设备可以包括衬底特定触感、与凹版印刷相关联的油墨浮雕、水印、存在透明窗口、透视注册设备以及缩微印刷。然而，这些通常被认为不足以为高安全性文件(诸如现代银行钞票)提供高等级的防伪性。许多银行钞票、护照和安全id卡现在也集成了光学可变安全设备。与更常规的安全印刷技术(诸如缩微印刷或凹版印刷)相比，光学可变设备(ovd)提供了附加的安全层，这是因为它们表现出的光学效应不能够通过常规的扫描仪和印刷技术复制。本领域已知的ovd包括：光栅、全息图、颜色偏移箔、光学可变油墨、基于等离子体激元的设备、以及衍射光学元件。

低成本的拷贝技术、成像技术和印刷技术的主流可用性增加促进了将ovd集成到安全文件中。虽然与传统安全印刷相比ovd作为1级安全设备可以提供许多优点，但是本领域已知的许多ovd的防伪性有时可能受到有欺骗性的简单方案的挑战。例如，在一些纸包裹和商业包装中发现的低成本的金属化光栅的可用性增加使得容易伪造设备(诸如光栅、全息图和颜色偏移箔)。虽然使用这些简单的光栅制造的伪造设备可能没有达到与可用在当前安全文件上的那些设备相同程度的复杂性，但是它们可以提供与原始文件的衍射颜色和光学可变效应足够接近的衍射颜色和光学可变效应，从而可能欺骗一般公众。事实上，由于一般公众对安全设备的细节认识有限，因此一旦在视觉上类似的效应对于伪造者而言普遍可用，1级安全设备的有效性和防伪性就会退化。

另一个限制是由于许多本领域已知的ovd具有类似类型的视觉效应，其中光学变化通过改变观察角或照明条件来获得。仅仅是因为观察角的变化会产生光学可变效应，许多ovd之间的此类似性就可能欺骗公众接受伪造文件。这也可能使公众更难以区分新型ovd和传统ovd，可能降低新型安全设备的有效性。

本领域已知的其他类型的安全设备也可能存在限制。例如，衍射光学元件是通常用在银行钞票上的、包括对微观设备阵列进行图案化以产生透射的衍射图像或全息图的1级安全设备。这样的衍射光学元件需要特定的照明条件才能可见，例如具有深色背景的小点光源。这样的照明条件可能不总是可用于评定设备的有效性。此外，测试设备的有效性的过程可能不一定对一般公众显而易见，因此需要进行教育宣传活动来确保作为1级安全设备的设备的有效性。

将更先进的视觉效应集成到安全文件内是可以帮助提高一般公众对1级安全设备的认识且因此改进防伪性的关键要素。将真实动态视觉效应或主动视觉效应(即在外部力作用期间和之后可观察到的效应)引入到安全文件(诸如银行钞票)上是一项具有挑战性的任务。

wo2013/040703a1公开了一种附接到具有衬底的安全文件的基于光学的认证设备，该认证设备包括：压电材料层，用于响应于机械应力生成电场；以及光学响应层，被直接附接到该压电材料层。响应于由该压电材料层生成的电场，该光学响应层在具有不同视觉感知的第一状态和第二状态之间改变。

wo2013/040704a1公开了包括一种或多种流体的安全设备，所述流体提供用于检查安全文件是合法的还是伪造拷贝的技术。

de102011108477a1公开了一种安全元件，该安全元件具有一个衬底，该衬底具有一个窗口和一个中空室，该中空室填充有具有安全特征的填充物材料。该填充物材料包括一个嵌入基质。另外，该窗口包括间隔物(spacer)。

ca2,714,639(2009年8月20日公布)公开了一种安全元件，该安全元件包括一个具有多个粒子的衬底。所述粒子代表至少两个可区分的信息状态。该安全元件在所述信息状态之间可逆地改变，而所述粒子保持与重力完全对准，从而像微型陀螺仪那样起作用。

产生动态视觉效应或主动视觉效应的一种可能方法是使用janus微粒。janus微粒的实施例包括在其表面上具有至少两种不同类型的物理属性的微观粒子。janus微粒已经用在诸如电子纸显示器、生物医学应用、自推进领域中，并且用在形成自组装结构中。在安全设备领域中特别感兴趣的是在显示器和电子纸中使用janus微粒。例如，美国专利no.8，068,271b2；6980352；6197228；5808783；6,445,490b1；以及5,389,945全都教导了如何通过施加电场或磁场使janus微粒旋转来使用双色(bichromic)球形粒子来产生主动显示器。重力或加速度的影响通常被认为对于显示器和电子纸应用是有害的，因为它可以使最初由电力或磁力产生的图像恶化。此外，因为用于制造公开的gyricon显示器的双色球通常由白色蜡状物(wax)和黑色蜡状物制成，所以这样的janus微粒的密度是相当均匀的，因此限制了产生由重力或加速度引起的定向改变的可能性。最后，在这样的显示器中使用的janus微粒的尺寸(通常是30-300μm)与设备必须具有薄外形(优选地小于10μm)的许多与安全相关的应用不兼容。

一般而言，需要继续改进和发展1级安全设备，以不落后于造假者可用的技术创新。特别感兴趣的是不仅具有防伪性而且可以由一般公众将其与前一代安全设备明显区别开的设备。此外，开发耐用的、不需要为设备供电、具有可扩展的制造途径、可以用现有装备来施加到安装文件且高度明显的、直观的且可以用很少的公众交互来激活的具有薄设计外形的主动或动态安全设备将代表文件安全性的重大突破。

技术实现要素：

首先将以安全设备的一般形式描述安全设备，然后将在下文中详述其根据实施方案的实施方式。这些实施方案意在展示安全设备的原理以及实施的方式。然后将在总结本说明书的每个个体权利要求书中以最宽泛且更具体的形式进一步描述和限定安全设备。

在本文中公开了一种可以基于设备的加速度或定向的变化来产生动态效应的安全设备。具体地，可以制造能够示出由安全文件相比于重力场的相对定向触发的动态效应的安全设备。在一个实施方案中，公开的安全设备可以用来在文件旋转时(围绕与重力场不对准的轴线)产生动态视觉改变，以获得能够由一般公众容易地识别的1级安全设备。动态视觉效应的速度也可以被调整，以使得在对文件进行操纵之后可见的改变持续一些时间。

与本领域已知的大多数1级ovd相反，即使在不存在相对观察角变化时，安全设备也可以用来产生在操纵之后持续的明显动态视觉改变。可以由公开的安全设备生成的动态视觉效应与通常用本领域已知的常规ovd实现的效应不同。这些明显差异可以防止对于宽范围的传统ovd可能成问题的几种类型的伪造尝试。

此外，所述安全设备可以被制造成使得不需要外部装备来产生上所述效应，并且因为所述效应不依赖衍射，所以其能够在大多数照明条件下可见(即不需要镜面反射光或点光源)。此外，因为安全文件的正常操纵通常涉及其定向的改变，所以在交易期间可以自然产生动态效应。因此，开发的安全设备可以提供用于评定文件的有效性的工具，而不需要最终用户执行特定的动作或测试。

例如，对文件的认证可以通过简单地观察在将文件上下颠倒转动期间和在将文件上下颠倒转动之后几秒内发生的视觉动态改变来实现。因此已经开发了由重力或加速度力激励的1级动态安全设备，并且因此不需要将电源或电极应用于银行钞票。

在本发明的一个方面，公开了一种安全设备，其在加速度时或在相对于重力的定向改变时引起至少一个动态响应，其中，所述动态响应在所述加速度或定向改变停止之后持续。所述动态响应具有大约0.01秒至大约100秒或大约1秒至大约10s的持续时间。所述加速度可以包括所述安全设备的振动和/或摇动。在一个实施方案中，所述安全设备引起不止一个的动态响应。

所述安全设备可以包括多个微观元件；而所述动态响应可以包括在所述加速度或定向改变的作用下从大体上机械平衡转变到非平衡；并且在所述加速度或定向改变停止之后转变回到大体上机械平衡。所述微观元件的转变导致生成一个或多个宏观效应，其中所述宏观效应中的至少一个是光学宏观效应或机器可读宏观效应。在所述宏观效应是光学宏观效应的情况下，所述光学宏观效应可以是在视觉上能够由人类肉眼观察到的。此外，所述微观元件能够通过所述元件的旋转、沉降或漂浮、在所述元件内的移位、或以上的任何组合而转变。所述多个微观元件可以在大约0.01秒至大约100秒或大约1秒至大约10秒或至大约10秒或至大约5秒的时间间隔内转变。

在一些情况下，与作用在所述微观元件上的重力对流力相比，所述微观元件的平移或旋转布朗运动是可忽略的。在其他一些情况下，与(1g的)重力相比，所述微观元件的平移或旋转布朗运动是大的。在此情况下，可以通过施加例如大于重力场的加速度场以暂时增大所述微观元件的对准、沉降或漂浮的程度来引起响应。在施加的加速度停止时，所述微观元件的平移运动或旋转布朗运动再次占主导地位，这在由施加的加速度产生的微观元件的对准、沉降或漂浮破坏之后引起动态响应。

组成所述安全设备的一部分的微观元件具有许多特性。例如，它们的尺寸范围可以在0.01微米到100微米之间，或在0.01微米到10微米之间。

此外，所述微观元件可以被集成到一个或多个微通道内，所述微通道可以是相依的或独立的。每个微通道可以具有在0.1微米到1000微米之间的高度。

在一个实施方案中，所述微观元件被分散在流体中。此外，所述微观元件的一部分或全部各自的质量中心与体积中心不同。在这样的实施方案中，所述微观元件通过旋转而转变。作为一个实施例，所述微观元件可以是janus微粒，所述janus微粒包括：内芯；和在janus粒子的表面部分上的涂层，其中所述内芯具有与所述涂层的密度不同的密度。所述内芯可以具有0.1微米至100微米(μm)的直径，而所述涂层可以具有10nm至500nm的厚度，其中涂层厚度小于所述直径的20％。所述内芯可以是固体的。所述涂层可以包括抗反射表面，诸如包括铬、金和二氧化硅的涂层。这样的抗反射涂层的一个实施例是在所述内芯的表面部分上的第一层铬；第二层金；第三层铬；第四层二氧化硅；第五层铬和第六层二氧化硅。所述涂层的另一个实施例是包括薄膜、染料或着色剂。所述薄膜可以包括第一层的一个或多个金属膜、第二层的第一电介质膜、第三层的一个或多个金属膜和第四层的第二电介质膜。

在另一个实施方案中，所述微观元件被分散在流体中。此外，所述微观元件的一部分或全部具有与流体的密度不相等的平均密度。在这样的实施方案中，所述微观元件通过沉降或漂浮而转变。在此，所述流体可以包括当所述微观元件转变时与所述微观元件形成对比的染料。

在以上实施方案中，所述微观元件的旋转、沉降或漂浮可以使光偏离以改变、显露或放大图案化在所述微观元件上的一个或多个静态印刷特征。此外，所述微观元件和流体可以被集成到直径在0.1微米到200微米之间的一个或多个微囊内。

在又另一个实施方案中，所述微观元件可以包括封装密度不相等的两种或更多种不混溶的流体的微囊。在这样的实施方案中，所述微观元件通过所述元件内的流体的移位而转变。所述微囊的尺寸范围可以是在0.1微米至200微米之间。作为一个实施例，每个微囊可以包括两种液体。促进所述液体移位的一种方式是使一种液体与所述微囊的接触角高于140度，并且另一种液体与所述微囊的接触角低于40度。另一个实施例包括具有第一流体、第二流体和第三流体的微囊；其中所述第一流体润湿所述微囊的内表面，并且所述第二流体和所述第三流体被所述第一流体包封。

在上文描述的多个实施方案中，所述微囊和/或所述流体可以使光偏移以产生透镜效应。

在所述设备中使用的所述微观元件可以被沉积、印刷、附接或添加到衬底上或衬底内。

也可以将所述微观元件分散在凝固的液体基质内；并且将凝固的基质暴露于在所述微观元件周围提供液体壳的膨松剂。可以通过固化或溶剂蒸发凝固所述液体基质。

在所述安全设备中，可以使用不同类型的微观元件来提供一个或多个动态响应。

在本发明的另一个方面，提供了一种安全设备，其包括：被分散在流体中的多个微观元件；且在加速度时或在相对于重力的定向改变时引起至少一个动态响应，其中，每个微观元件的平均密度与所述流体的平均密度不同，并且所述动态响应包括所述微观元件通过沉降或漂浮：在加速度或定向改变的作用下从大体上机械平衡转变到非平衡；并且在所述加速度或定向改变停止之后转变回到大体上机械平衡。

所述微观元件的转变导致生成一个或多个宏观效应，其中所述宏观效应中的至少一个是光学宏观效应或机器可读宏观效应。在所述宏观效应是光学宏观效应的情况下，所述光学宏观效应可以是在视觉上能够由人类肉眼观察到的。所述多个微观元件可以在大约0.01秒至大约100秒或大约1秒至大约10秒或至大约10秒的时间间隔内转变。在一个实施例中，当所述设备被摇动和/或振动时，所述微观元件的一部分或全部通过沉降或漂浮从粘附到所述设备的壁转变为分散在流体中。在又一些实施方案中，所述安全设备可以包括：第一组微观元件，每个微观元件具有大于流体密度的平均密度使得通过沉降而转变；以及第二组微观元件，每个微观元件具有小于流体密度的平均密度使得通过漂浮而转变。所述设备中的流体可以包括当所述微观元件通过沉降或漂浮而转变时与所述微观元件形成对比的染料。

在本发明的又另一个方面，提供了一种安全设备，其包括被分散在流体中的多个微观元件；且在相对于重力的定向改变时引起至少一个动态响应，其中，每个微观元件包括封闭在微囊内的两种或更多种不混溶的流体，并且所述动态响应包括所述微观元件的通过所述微囊内的两种不混溶的流体的移位：在定向改变时从大体上机械平衡转变到非平衡；并且在定向改变停止时转变回到大体上机械平衡。

所述微观元件的转变导致生成一个或多个宏观效应，其中所述宏观效应中的至少一个是光学宏观效应或机器可读宏观效应。在所述宏观效应是光学宏观效应的情况下，所述光学宏观效应可以是在视觉上能够由人类肉眼观察到的。所述多个微观元件可以在大约0.01秒至大约100秒或大约1秒至大约10秒或至大约10秒的时间间隔内转变。在一个实施例中，所述微囊可以具有在0.1至200微米之间的直径。在一个实施例中每个微囊可以包括第一液体和第二液体。为了促进所述两种液体的移位，一种液体与所述微囊的接触角可以高于140度，而另一种液体与所述微囊的接触角可以低于40度。在另一个实施方案中，每个微囊包括第一流体、第二流体和第三流体；所述第一流体润湿所述微囊的内表面；所述第二流体和所述第三流体被所述第一流体包封；并且所述第二流体和所述第三流体在所述动态响应期间被移位。

在本发明的又另一个方面，提供了一种安全设备，其包括多个微观元件，所述多个微观元件被配置为在所述设备的加速度或定向改变的作用下从大体上与重力场对准转变到与重力场不对准并且在所述加速度或定向改变停止之后转变回到大体上与重力场对准。所述转变产生一个或多个宏观效应。这些宏观效应中的至少一个可以是光学宏观效应。

在本发明的又另一个方面，一种安全设备，其：包括多个微观元件；并且在加速度时或在相对于重力的定向改变时引起至少一个动态响应，其中，所述动态响应包括所述微观元件：在加速度或定向改变时从大体上机械平衡转变到非平衡；并且在所述加速度或定向改变停止之后转变回到大体上机械平衡。

前述概括了所述安全设备的主要特征及其一些可选方面。通过对以下实施方案的描述可以进一步理解所述安全设备。

无论在本说明书中引用的值范围如何，除非另有说明，在所述值范围内的子范围意在被包括在所述安全设备的范围内。除非另有说明，否则在特性归因于所述安全设备的一个或另一个变体的情况下，这样的特性意在适用于所有其他变体，只要这样的特性是适当的且与这些其他变体兼容。

附图说明

图1例示了安全设备的响应于该设备的加速度的改变的动态转变的一般概念。

图2例示了安全设备的响应于该设备的用来产生振动动作和/或摇动动作的加速度的快速变化的动态转变。

图3a-3d例示了在存在外部重力场的情况下安全设备响应于使该设备翻转的动态转变。

图4a-图4d例示了由使安全设备翻转/旋转引起的视觉效应的一个实施例。

图5a-图5b各自例示了用于在制造安全设备的一个实施方案中使用的重力janus微粒的一个实施例。

图6例示了安全设备的一个实施方案。

图7例示了安全设备的另一个实施方案。

图8例示了安全设备的另一个实施方案。

图9例示了基于通过微观元件的沉降产生的动态视觉效应的安全设备的另一个实施方案。

图10例示了基于通过纳入到囊内的微观元件的漂浮产生动态视觉效应的安全设备的另一个实施方案。

图11a-图11c例示了安全设备的另一个实施方案。

图12例示了促进在图11a-图11d中示出的实施方案中使用的两种不混溶的液体的移位的不同策略。

图13例示了用于制造janus微粒的过程。

图14例示了使用在图13中描述的过程制造的3μm直径的janus微粒的扫描电子显微镜(sem)显微照片。

图15例示了分散在流体中且使用在图13中描述的过程制造的5μm直径的janus微粒的一系列光学显微照片，示出了在扰动流体之后粒子的旋转和重力对准。

图16例示了使用在图13中描述的过程制造的janus微粒的溶液的宏观可见效应。

图17例示了通过使由填充有janus微粒的水溶液的通道组成的安全设备的一个实施方案翻转获得的动态响应。

图18a-18d例示了通过使由填充有janus微粒的水溶液的容器组成的安全设备的另一个实施方案翻转获得的动态响应。

定义

微粒：具有在微米范围内的特征尺寸的粒子，所述微米范围典型地是0.01-500微米(μm)的范围。微粒可以由各种各样的一种或多种材料制造，所述材料包括以下非限制性实施例：聚合物、金属、陶瓷、玻璃、多孔材料、泡沫、复合物、磁性材料。它们可以具有多种形状，包括以下非限制性实施例：球形形状、椭圆形状、准球形形状、圆盘形状、圆柱形状、立方体形状、棱柱形状、棱锥形状、片状或中空形状、多孔形状、凹凸形状或复杂形状。

janus微粒：具有至少两种不同物理属性和/或化学属性的微粒。

微观元件：安全设备的尺寸在微米范围内的元件，所述微米范围典型地是0.01-500微米的范围。微观元件的非限制性实施例包括微粒、微囊、中空微囊、janus微粒、片。

衬底：支撑安全设备的材料。例如，衬底典型地指安全文件的用于支撑安全设备的材料(例如塑料、纸)。衬底也可以指在转移到安全设备之前在制造安全设备期间使用的载体材料(例如pet箔)。

加速度：物体的速度随时间改变的速率。根据牛顿第二定律，加速度是作用在物体上的所有力的总和的结果。加速度是包括大小和方向的矢量，并且通过长度除以时间的平方的单位(例如m/s²)来描述。术语加速度可以指在以下非限制性列表中的项中的任何一个：减速度、线性加速度、非线性加速度、均匀加速度或恒定加速度、不均匀加速度、重力加速度、惯性加速度、离心加速度、向心加速度、切向加速度和角加速度。对于安全设备，当外部事件、动作、影响或力产生加速度或改变加速度的大小或定向时，就说事件在加速时发生。外部事件、动作或力可以包括以下非限制性实施例：摇动、振动、投掷、倾斜、旋转、离心、操纵、拉动、推动、跳跃或降落。加速度的停止表明产生加速度或改变加速度的大小和定向的外部事件、动作或力的结束。在此背景下，可以理解，即使仍然存在重力加速度、其它类型的恒定加速度或可忽略的加速度，也可以说加速度停止。

重力加速度、重力加速度场：由重力引起的物体的加速度。重力加速度是矢量，并且由长度除以时间的平方的单位(例如m/s²)来描述。在地球上，重力加速度取大约9.8m/s²的值。

流体：属于在施加切力的情况下连续变形和流动的物质。流体典型地指液体、气体、混合物、溶液、分散体、悬浮液、胶体、乳液或凝胶。流体的非穷尽实施例包括：水溶液、氟化油、氢氟醚、乙二醇衍生物、离子液体、硅油、全氟化碳流体、全氟聚醚流体、二溴乙烯、二溴甲烷、多钨酸钠、二碘甲烷、isopar、铁磁流体、未固化的uv树脂以及上述的混合物。此外，流体可以包括表面活性剂、稳定剂、分散剂、乳化剂、电荷控制剂、抗静电剂、染料、着色剂或颜料。表面活性剂的非穷尽实施例包括泊洛沙姆、聚山梨醇酯洗涤剂、十二烷基硫酸钠、脱水山梨醇油酸酯、全氟聚醚润滑剂以及上述的任何组合。作为一个实施例，流体的黏度可用于控制在安全设备中使用的微观元件的移位速度、旋转速度和沉降速度/漂浮速度。

沉降：响应于作用在微观元件上的力，流体中的微观元件向下移位或降落。沉降在本文中可以指微观元件的沉淀、下降或向下运动。术语沉降在本文中用于(i)沉淀在固体表面上的流体中的悬浮粒子和(ii)先前沉淀在固体表面上然后开始它们在流体中的运动的粒子。

漂浮：响应于作用在微观元件上的力，流体中的微观元件向上移位或上升。术语漂浮在本文中用于(i)朝向固体表面上升的流体中的悬浮微观元件，以及(ii)先前沉淀在固体表面上然后开始它们在流体中的运动的粒子。

机械平衡、大体上机械平衡：物质的稳定状态或准稳定状态，其中微观元件上的力使得不随时间发生可感知的改变，或其中达到稳定状态、动态平衡或准动态平衡的配置。在此背景下，应理解，甚至在存在布朗运动、稳定状态扩散、重力或可忽略的力时，该系统也可以被认为处于机械平衡中。

机械非平衡、非平衡：物质的一个状态，其中力使得随时间发生可感知的改变、移位、旋转或沉降。例如，机械非平衡既可以在施加显著的机械力期间发生又可以在施加显著的机械力之后发生。布朗运动、稳定状态扩散、重力或可忽略的力的存在不一定将系统置于机械非平衡中。

动态响应：引起随时间持续发生的至少一个可检测的改变的响应。例如，动态响应可以是明显的或隐蔽的。它可以包括持续的光学改变，所述光学改变可以是能够由人类裸眼观察到的。

安全设备、安全特征或安全元件：可以被添加到文件以防止伪造或使文件更难拷贝或复制的任何设备、特征或元件。在一个实施方案中，可以使安全设备、安全特征或安全元件具有薄外形以避免从文件显著突出。例如，安全设备、安全特征或安全元件的厚度可以在0.1-20μm或在1-10μm范围内。

宏观效应：通过组合多个微观元件的个体修改、响应、移位或旋转而生成的集体修改或响应。宏观效应可以是在一个或多个时间尺度处发生的多个相同的、类似的或不同的微观响应的结果。

安全文件：可能被伪造拷贝的任何重要的或有价值的任何文件、物品或制造物件。安全文件可以包括意在示出文件、物品或物件是真的、合法的版本而不是这样的文件、项或物品的伪造复制的特征或设备。例如，这样的安全文件可以包括安全特征，诸如在本文中公开的那些安全特征。这样的安全文件可以包括但不限于身份证明文件(诸如护照、公民身份文件或居留许可文件、驾驶执照)、银行钞票、硬币、支票、信用卡、银行卡和其他文件，以及标注或其他安全特征，用于有货币价值的项，诸如品牌服装、配饰或任何其他名牌商标产品，其中期望与伪造拷贝比较来指示或展示产品的真实性或合法性。这样的安全特征可以永久地或可移除地合并到其中，这取决于文件、项或物品的性质以及意在的最终用户。

具体实施方式

图1例示了安全设备(100)的响应于设备(100)的加速度(3)的动态转变的一般概念。

包括微观元件(未示出)的安全设备(100)被放置在衬底(1)的侧a上。在设备(100)的加速度(3)之前，所述微观元件处于大体上机械平衡中，如通过安全设备(100)的初始状态(2a)表现出的。

在时间t＝0时，设备(100)受到引起加速度(3)的动作。例如，此动作可以包括设备(100)的摇动、振动、投掷、倾斜或旋转。还可以使设备(100)围绕一个与重力加速度场不对准的轴线旋转以产生该设备相对于重力的定向的改变。

在加速度(3)的瞬间(即在t＝0时)，由设备(100)表现出的状态保持几乎不变。然而，随着设备(100)经历加速度(即在t>0时)，微观元件的大体上机械平衡被破坏。换言之，微观元件处于机械非平衡状态中。随后，设备(100)的状态动态地持续地转变，如由过渡状态(2b)表示的。

当加速度(3)在t＝t1时停止时，安全设备(100)继续表现出过渡状态(2c)，这是因为微观元件仍然未处于大体上机械平衡中。

在加速度停止之后的一些时间，微观元件重新建立大体上机械平衡，安全设备(100)表现出其原始状态(2a)或新状态(2d)，其中任何一个状态都不会可察觉地改变，除非设备(100)受到另一个引起加速度的动作。

在图1中描绘的事件序列期间，微观元件从大体上机械平衡转变到机械非平衡，然后转变回到大体上机械平衡(加速度停止之后的一些时间)。例如，在一个实施方案中，微观元件在设备的整个动作中没有保持与重力场对准，相反，微观元件从大体上与重力对准转变到与重力不对准，在加速度停止之后转变回到大体上与重力对准。

安全设备(100)的状态从2a到2b到2c到2a/2d的动态改变可以导致可见的光学改变，以及机器可读的或甚至完全隐蔽的改变(即由安全文件的制造商保密)。机器可读安全设备的状态例如可以通过使用磁场或电场、紫外线、红外线或可见光、电气测量、衍射图案、透射光或反射光的极化等来检测。安全设备(100)的状态从2a改变到2b到2c到2a/2d的速度也可以被调节以产生在加速度停止之后持续一些时间的动态改变。安全设备还可以被细分成许多独立的子元件(未示出)，每个子元件以多种速度显示多种类型的动态效应。可以使用多种子元件改变的速度来产生独特的签名，例如用于改进防伪性或改进安全设备的明显性。

这样的动态视觉改变的时间尺度可以是例如从大约0.01s到大约100s，或从大约0.1s到大约10s，或大约5s，以允许动态效应的快速且明显的可视化。然而，应理解，可以根据特定应用的需要来调节这样的动态视觉改变的时间尺度。

图2至图4例示了设备响应于设备的加速度的不同类型的改变的实施例。

图2示出了安全设备(100)的状态从初始状态(2a)到过渡状态2b/2c返回到状态2a或2d的改变也可以通过加速度(3)的快速变化来触发，加速度的快速变化例如可以通过摇动或振动安全设备来获得。替代地，安全设备可以被设计成仅由机器激活，例如通过提供声波刺激或超声波刺激。在另一个实施例中，安全设备可以通过在银行钞票的高速自动分拣期间自然发生的高加速度激活。例如，传感器可以检测在运输期间安全设备是否发生改变以提供认证手段或核实设备是否仍然起作用(适合性测试)。

在图2中，在摇动/振动开始时(在t＝0时)，安全设备(100)表现出与初始状态(2a)几乎相同的状态。然而，一旦摇动/振动在进行中(t>0)，微观元件就不再处于大体上机械平衡，并且安全设备(100)表现出过渡状态(2b)。在摇动/振动停止的时刻(t＝t1)，微观元件仍然未处于大体上机械平衡，并且安全设备(100)继续表现出过渡状态(2c)。在一些时间之后，(即t＞＞t1)，微观元件回到大体上机械平衡，并且安全设备(100)再次表现出状态(2a)或表现出新状态(2d)。

图3a-图3d例示了一个实施例，在该实施例中，通过围绕一个垂直于重力场的轴线翻转(3)或旋转(3)或重新定向(3)安全设备(100)来使安全设备(100)的状态从2a动态地转变到2b到2c到2a/2d。在设备(100)的重新定向期间，如图3b中示出的，微观元件现在处于机械非平衡状态(2b)，并且开始恢复回到大体上机械平衡。在翻转/旋转停止之后，微观元件仍然处于由暂时状态2c表示的非平衡状态(如图3c中示出的)。在一些时间之后，(t＞＞t1)，微观元件返回到由状态2a/2d表示的大体上机械平衡(如图3c中示出的)。

如果与微观元件的响应时间相比快速地翻转衬底，则暂时状态2c最初可以与初始状态2a几乎相同。这用图4中的一个实际实施例进一步例示。

图4a-图4d示意性地例示了由图3a-图3d中示出的动态响应引起的视觉效应的一个实施例，其中与微观元件的响应时间相比快速地翻转衬底。在图4a中，绘图(5)(例如枫叶)对于在安全设备(100)上方的观察者(7)清晰可见。另一个方面，在安全设备(100)下方的观察者(8)观察到与(5)的表现明显不同的绘图(6)，即使安全设备(100)被放置在透明窗口上。例如，由安全设备(100)制成的绘图(5)的颜色或对比度可以与(6)的颜色或对比度不同。替代地，如果绘图(6)的颜色和对比度与周围印刷背景的颜色和对比度匹配，则可以使观察者(8)难以观察到绘图(6)。

当安全设备(100)相对于重力(3)的定向改变时，观察者(7)和(8)二者都观察到每个观察者正在观察的图像的动态改变。

图4b示出了快速翻转或重新定向之后的安全设备，所述快速翻转或重新定向与微观元件的响应时间相比是迅速的。在刚翻转之后，在t～0时，观察者(7)最初看到翻转的绘图(6)，而观察者(8)最初看到翻转的绘图5。

在图4c中，不久以后(即t>0)，侧a上的翻转的绘图(5)开始消失并且具有瞬时形式(5a)，而侧b上的翻转的绘图(6)开始消失并且具有瞬时形式(6a)。由于微观元件在重力的作用下转变，因此引起每个图像的微观元件处于非平衡状态。

在图4d中，在微观元件的大体上机械平衡已经被重新建立之后(t＞＞0)，绘图(5)现在显现在侧b上，如观察者(7)观察到的。观察者(8)现在观察到绘图(6)。

安全设备的制造

在本文中公开了用于制造响应于加速度和/或相对于重力的定向改变而表现出动态效应的安全设备的实施方案的方法。

图5a例示了悬浮在流体(16)中的janus微粒(18)上的多种力。janus微粒(18)的重心(13)位于与其体积中心(12)不同的位置处。例如如果janus微粒(18)具有不均匀的密度，则这可以被实现，使得janus微粒(18)具有不均匀的密度可以例如通过由两种不同材料制造janus微粒或通过用具有不同密度的薄膜涂敷janus微粒或产生具有可变多孔性的janus微粒来实现。

当重心(13)和体积中心(12)不同时，重力和加速度力(14)(其被施加在重心(13)处)通常不与浮力和粘滞力(15)(其被施加在体积中心(12)处)对准。这形成了使janus微粒(18)旋转直到重心(13)和体积中心(12)与重力(g)对准的扭矩(11)。虽然在图5a中示出了顺时针旋转，应理解，逆时针旋转也是可行的。janus微粒(18)的旋转速度可以通过调整设备的特性来调节，所述特性诸如是janus微粒内的密度分布、微观粒子上的涂层的密度和厚度、微观粒子密度、液体黏度、微观粒子尺寸、囊或微流体通道尺寸以及与设备的侧壁的相互作用。多个janus微粒(18)的旋转和与重力的对准则可以导致生成可以用人类肉眼直接观察到的或可以用机器检测到的宏观效应。

图5b例示了分散在流体(16)中的重力janus微粒(18)形式的微观元件的一个实施方案，该重力janus微粒(18)几乎是球形的。janus微粒(18)具有至少两种不同类型的表面(9)和(10)，每个表面具有不同的属性。例如，每个表面可以具有不同的光学属性、(颜色、吸收、荧光性、等离子签名、反射率、折射率等)、粗糙度、磁性属性、电气属性、化学成分等。janus微粒(18)也具有与其体积中心(12)处于不同位置处的重心(13)。例如当janus微粒(18)具有不均匀的密度时，这可以例如通过由两种不同的材料制造janus微粒或通过用薄膜涂覆janus微粒(18)的一部分来实现。替代地，具有不均匀孔的janus微粒(18)也具有与其体积中心(12)处于不同位置处的重心(13)。

当重心(13)和体积中心(12)不同时，重力和加速度力(14)(其被施加在重心(13)处)通常不与浮力和粘滞力(15)(其被施加在体积中心(12)处)对准。这形成了使janus微粒(18)旋转直到重心(13)和体积中心(12)与重力(g)对准的扭矩(11)。虽然在图5中示出了顺时针旋转，应理解，逆时针旋转也是可能的。janus微粒的旋转速度可以通过调整设备的特性来调节，所述特性诸如是janus微粒内的密度分布、微观粒子上的涂层的密度和厚度、微观粒子密度、液体黏度、微观粒子尺寸、囊或微流体通道尺寸以及与设备的侧壁的相互作用。多个janus微粒(18)的旋转和与重力的对准则可以导致生成可以用人类肉眼直接观察到或可以用机器检测到的宏观效应。

图6a-图6d示出了例示安全设备的一个实施方案的横截面，其中微观元件(88)被集成到衬底(1)上。安全设备(100)被放置在衬底(1)上；组合的安全设备(100)和衬底(1)被称为文件(11)。安全设备(100)具有初始状态(2a)。

安全设备(100)由填充有流体(16)和微观元件(88)的一个或多个室或通道(17)组成。流体(16)可以是缓慢蒸发以延长设备的寿命的非挥发性液体。室和通道(17)可以被设计以产生特定图像，例如图4a中示出的枫叶。每个室或通道(17)可以包含一个或多个微观元件(88)。此外，室和通道(17)可以互连或可以由多个独立部段组成。此外，一个或多个不同类型的微观元件(88)可以被集成到通道和室(17)内，所述通道和室(17)则可以被填充有一种或多种流体，例如以产生各种动态效应。

在此实施方案中，微观元件(88)可以是具有上文所描述的属性的重力janus粒子。其他类型的微观元件是可行的，下文提供了其实施例。

在图6a中，在翻转/旋转之前，设备(100)表现出状态2a，在该状态中，微观元件(88)处于大体上机械平衡，使得微观元件(88)对准，如图所示(例如，阴影部分(30)指向上且远离衬底(1)；无阴影部分(23)指向下且朝着衬底(1)。

当文件(11)被翻过来(3)时(在t＝0时)，如图6b中示出的，微观元件(88)最初也被翻过来，且处于机械非平衡状态。换言之，微观元件现在在不稳定的状态下对准(阴影部分(30)在下方；非阴影部分(23)在上方)。如果与微观元件的响应时间相比重新定向是迅速的，则在文件下面的观察者仍然会观察到类似于设备的状态(2a)的状态2b，这是因为微观元件的阴影部分从下方可见。

在重新定向结束之后(t>t1)，在图6c中，微观元件仍然处于机械非平衡状态，并且因此在存在重力时旋转或重新对准，以便最终重新建立大体上机械平衡状态。微观元件可以以不同的或类似的速率旋转，引起瞬时状态2c。微观元件(88)的旋转和与重力重新对准引起先前讨论的动态效应。

在图6d中，微观元件(88)恢复到大体上机械平衡状态，使得阴影部分(30)在上方对准，并且非阴影部分(31)在下方对准。在微观元件(88)是janus微粒的情况下，微观元件旋转/重新对准，使得阴影部分在非阴影部分上方。设备(100)现在表现出状态(2d)，在该状态中微观元件的阴影部分(30)指向上且朝着衬底(1)，非阴影部分(23)指向下且远离衬底(1)。

在一个实施方案中，微观元件(88)的旋转引起用肉眼可直接观察到的颜色或对比度的改变。在此实施方案中，在图6a的侧a上俯视文件的观察者观察到从微观元件的阴影部分发出的图像(状态2a)。当设备(100)被翻转时，从下方查看文件的观察者可以观察到看起来类似于状态(2a)的状态2b。然而，此图像是暂时的，因为微观元件(88)动态地旋转/重新对准以最终使非阴影部分在阴影部分下方。在达到机械平衡之后，侧a下方的观察者因此将观察到从微观元件的非阴影部分发出的图像(状态2d)。

在又另一个实施方案中，衬底(1)是至少部分地透明的，以使得能够在文件(11)的每侧上观察到设备。在文件(11)的任一侧上的观察者将观察动态图像改变，如图4a-图4d中概括的。

微观元件(88)也可以充当使光偏离以便改变、显露或放大静态印刷设备的透镜。替代地，复杂设备可以被直接图案化在微观元件(88)上以增强由它们的旋转、重新对准或移位(例如经由沉降或漂浮)导致的效应。由微观元件(88)导致的光偏离然后则被用来放大印刷在微观元件(88)上的设备的一小部段，这可能引起伴随粒子旋转和观察角发生的复杂动态效应。微观元件(88)还可以含有常规染料，或甚至光致变色染料、热致变色染料或电致变色染料，以增强或改变安全设备(100)的效应。此外，可以调节微观元件(88)与设备的侧壁的相互作用以产生多种效应。例如，此相互作用可以使得只有强烈的加速度(例如通过剧烈地摇动)才可以使微观元件(88)离开侧壁并且允许微观元件(88)旋转以产生安全设备(100)的动态效应。

图7a-图7d例示了安全设备(100)的另一个实施方案。在图7a中示出的此实施方案中，微观元件(88)首先分散在液体可固化材料(19)中，诸如，例如uv-树脂或热固性聚合物。此液体可固化材料(19)然后被沉积在衬底(1)上，例如通过常规印刷技术，并且被固化以产生固体层。最后，凝固层被暴露于液体膨胀剂。膨胀剂进入固体层并且导致其膨胀，这可以在每个微观元件(88)周围产生薄的液体层(16)。微观元件(88)则可以相对于安全元件旋转，以获得先前讨论的动态效应。

在图7b中，当文件(11)被快速翻转/旋转(3)(在t>0时)，微观元件(88)最初跟随文件的旋转，因此引起先前讨论的动态效应。

图8a-图8d例示了安全设备(100)的另一个实施方案。在此实施方案中，微观元件(88)被封装到填充有液体(16)的更大的囊(20)内，所述液体(16)可以是非挥发性的或具有低挥发性。然后可以通过常规印刷技术将囊(20)直接沉积到衬底(1)内。在印刷之后，每个囊(20)内部的液体(16)确保微观元件(88)可以相对于文件旋转以产生先前讨论的动态效应。囊(20)的曲率还可以使光偏离，以产生透镜效应，该透镜效应可以改进由微观元件(88)的旋转导致的动态改变的视觉对比度。可以在每个囊内集成不止一个粒子(未示出)。

图9a-图9d例示了如何通过微观元件(21)的沉降而不是通过微观元件(21)的旋转也可以生成动态视觉效应。在此实施方案中，每个微观元件(21)的平均密度与周围流体(16b)的平均密度显著不同。如果微观元件(21)的平均密度大于周围液体(16b)的平均密度，则微观元件(21)将沉降到室(17)的底部，如图9a-图9d中示出的；如果微观元件(21)的平均密度小于周围流体(16b)的平均密度，则微观元件(21)将漂浮到室(17)的顶部。液体(16b)可以含有部分地阻挡光的染料，以使得微观元件(21)沉降到室(17)的顶部或底部产生视觉效应。

替代地，两种类型的微观元件可以被同时集成在相同的室(17)内。这些微观元件将分别具有比液体(16b)更高的密度和更低的密度以及例如不同的颜色。比液体(16b)更致密的微观元件将沉降到室(17)的底部，而较轻的微观元件将漂浮到室(17)的顶部，因此引起可见的动态效应。因为此实施方案不需要微观元件(21)旋转，所以可以更容易地使用多种粒子形状。

在图9a中，在翻转/旋转之前，设备(100)表现出状态2a，在该状态中，微观元件(21)具有比周围流体(16b)更高的密度，并且处于大体上机械平衡中，使得它们例如沉降在室17的底部靠近衬底(1)。

当文件(11)被翻过来(3)时(在t＝0时)，如图9b中示出的，微观元件(21)最初也被翻过来，并且处于机械非平衡状态。换言之，微观元件处于不稳定的状态中，因为它们不再在室(17)的底部处。如果与微观元件的响应时间相比重新定向是迅速的，则在文件下面的观察者仍然会观察到类似于设备的状态(2a)的状态2b，这是因为从下方，染色的液体(16b)仍然掩盖微观元件(21)。

在重新定向结束之后(在t>t1时)，在图9c中，微观元件仍然处于机械非平衡状态，且因此在重力存在时沉降或沉淀，以便最终重新建立大体上机械平衡状态。微观元件可以以不同的或类似的速率沉降，引起瞬时状态2c。微观元件(21)在重力下的沉降使在微观元件与室(17)的壁之间的染色的液体的厚度改变，这引起先前讨论的动态效应。

在图9d中，微观元件(21)恢复到大体上机械平衡状态，并且设备(100)现在表现出状态(2d)，使得微观元件沉降在室(17)的底部处，远离衬底(1)。

图10a-图10d例示了基于纳入在填充有液体(16b)的中空囊(20)内的微观元件(21)的漂浮的安全设备的另一个实施方案。在此实施例中，微观元件(21)的密度比周围流体(16b)的密度低。在此，翻转/旋转(3)囊(20)所附接到的衬底(1)，引起与图9a-图9d中描述的动态效应类似的动态效应，不同之处在于微观元件(21)漂浮(或上升)，而不是沉降。

图11a-图11d例示了安全设备的另一个实施方案，其中微观元件(100)包括填充有两种不同类型的不混溶的液体(16c)和(16d)的中空囊(20)，每种液体具有不同的密度。在图11a中，液体(16c)的密度比液体(16d)的密度低，并且微观元件(100)的定向是如所示出的。

在图11b中，文件(11)被翻转/旋转(3)，两种液体(16c，16d)在定向方向上相反。换言之，较致密的液体(16d)在较不致密的液体(16c)上方。这导致两种液体(16c，16d)的相对位置不平衡。两种液体(16c)和(16d)之间的密度差异导致两种液体(16c)和(16d)的持续移位，如图11c中示出的。这些液体(16c，16d)恢复到大体上机械平衡状态(即较不致密的液体(16d)在更致密的液体(16c)顶部上)，如图11d中示出的。

在安全设备的这样的实施方案中，当液体(16c)和(16d)试图恢复到图11d的平衡位置时，多种摩擦力(诸如接触度滞后)可以阻止或阻挡两种液体(16c)和(16d)的移位。例如，本领域已知的是，重力可能不足以移动放置在微观通道内的液体。图12例示了可以被用来帮助这样的液体移位的不同策略。例如，可以修改两种液体(16c)和(16d)与囊(20)的接触角(22a)、(22b)和(22c)，以使这样的摩擦力最小化。诸如(22c)(其中一种液体与囊的接触角非常高，而另一种液体与囊的接触角非常低)的配置是优选的，以使接触角迟滞摩擦力最小化。替代地，可以使用强劲润湿囊(20)的材料的第三种不混溶的液体(16e)来使接触角迟滞摩擦力进一步最小化。

还应理解，可以使用不同类型的微观元件的组合来制造安全设备。例如，重力janus微粒可以被集成到含有两种液体的通道内，其中每种液体具有不同的密度。janus微粒可以例如具有涂层，使得一侧优选地由第一种液体润湿，而另一侧由第二种液体润湿。两种流体在加速度力变化之后移位迫使janus微粒旋转并且引起动态效应。

可以使用本领域已知的技术来将上文描述的安全设备集成到安全文件内。例如，该设备可以被印刷、被应用为贴片或箔或作为层压件或线。替代地，该设备可以被集成到安全文件的本体(bulk)内，例如或被嵌入在银行钞票的衬底内。

参见图5和图6a-图6d，可以使用具有在0.1μm-100μm之间、或在0.1μm-50μm之间、或在0.1μm-10μm之间的平均直径或尺寸的微观元件，只要微观尺寸元件的尺寸小于安全设备的厚度。例如，安全设备的厚度典型地可以在0.1和20μm之间或在1-10μm之间。

作为一个实施例，直径小于10μm的janus微粒可以用作厚度10μm的安全设备的一部分。

在图13中例示了用于制造janus微粒的过程。该制造过程开始于市场上可提供的微米尺寸粒子(直径在0.7至10μm的范围内)。作为一个实施例，可以使用掺杂有常规染料或荧光染料的聚苯乙烯微粒来增强通过最终的janus微粒的旋转生成的视觉对比度。聚苯乙烯微粒首先被分散在水溶液(200)中，被沉积在衬底(210)上并且被留下来干燥。如本领域已知的，干燥过程可以在衬底(210)上产生自集合的单层微粒(220)。在干燥之后，使用物理气相沉积过程(例如电子束蒸发)使微粒(220)涂敷有薄膜(230)。衬底(210)上的微粒(220)的高装填密度确保薄膜(230)被优先制造在微粒表面的一侧上，因此同时引起在许多安全设备的实施方案中使用的不均匀的密度和光学对比度。

可以使用许多类型的涂层。在其最基本的形式中，薄膜(230)(或涂层)可以由厚度为大约100nm的高密度膜组成。该膜的密度高于微粒的芯的密度。材料(诸如金属)可以作为涂层；例如可以使用金或钨制成的薄膜。此外，防止光反射离开多个janus微粒的薄膜涂层改进了由janus微粒响应于重力和加速度的旋转生成的可视对比度。因此，已经开发了可以同时(i)提供janus微粒的重力定向所需的密度差异和(ii)生成抗反射暗层的薄膜涂层。这样的涂层的一个实施例是具有如下连续层的薄膜：铬(2nm)-金(100nm)-铬(2nm)-二氧化硅(80nm)-铬(10nm)-二氧化硅(80nm)的连续层的薄膜。2nm厚的铬膜用作粘附层；金层产生确保janus微粒快速旋转所必需的高密度涂层；sio2-cr-sio2层产生抗反射深暗层。

在沉积涂层之后，通过声波降解法将janus微粒(220)分散在液体(240)中。janus微粒可以被分散在许多溶剂中，诸如水溶液、油、有机溶剂、热固性预聚物、uv可固化漆等。对于安全设备的一些实施方案，可以使用具有低蒸发、低蒸气压力、低黏度、低毒性、高沸点和低熔点的液体。作为最终的可选步骤，可以通过离心或本领域已知的其它技术来调整janus微粒浓度。

图14a-图14b例示了用上文描述的过程制造的直径3μm的janus微粒(300)的扫描电子显微镜(sem)显微照片。图14a例示了分散之前的janus微粒(300)；图14b例示了分散之后的janus微粒(300)。在这些sem图像中，在图14b中可见100nm厚的金涂层，这是由于其较明亮的对比度。图14a示出了干燥步骤和涂敷步骤之后微粒(300)的空间布置。图14b示出了涂层(310)大致上覆盖微粒(300)的一半。即使在涂层沉积之后，微粒(300)的形状仍保持近球形。

图15a-图15c例示了使用上文描述的过程制造的5μm直径的janus微粒(400)的光学显微照片，janus微粒(400)被分散在水溶液中并且被放置在玻璃板上。janus微粒(400)由掺杂有红色染料的聚苯乙烯芯组成，其表面的一部分随后被上文描述的抗反射涂层覆盖。图15a-c示出了从上方观察到的janus微粒。图15a-c是通过仅提取彩色图像的红色分量获得的，以在灰度图像中更好地突出粒子旋转。在此转换之后，粒子的红色侧显现为白色或浅灰色，并且粒子的抗反射暗涂层侧显现为黑色或深灰色。

在图15a中，几乎所有的janus微粒(400)都与重力场对准，使得从上方仅可见红色(420)，隐藏了抗反射暗涂层。图15b示出了在刚通过混合液体和janus微粒(400)的集合获得的局部扰动(即，加速度或定向改变)之后的janus微粒(400)。janus微粒(400)的暗色(430)侧和红色(420)侧都是可见的。图15c示出了在扰动之后大约5秒的情况，其展示仅在扰动之后几秒钟后，janus微粒(400)就旋转回到它们的原始定向-换言之，从上方仅可见红色(420)。这表明可以在适合于目标安全应用的时间尺度内通过重力场成功地定向制造的仅5μm直径的janus微粒(400)。

图15a-图15c的结果还例示了janus微粒在扰动之后自然地重新组织为相对均匀的单层。这由janus微粒在重力下的沉降结合由布朗运动引起的随机移位引起。发生沉降是因为janus微粒的平均密度是大约2g/cm³，该平均密度高于周围液体的平均密度。形成一层致密的粒子可以改进由粒子的旋转生成的视觉对比度。

图16示出了当含有约1％体积浓度的图15a-图15c中示出的janus微粒的溶液(500)被放置在玻璃试管(520)内的镜(510)上方时获得的宏观可见效应。图16是用与图15a-图15c相同的颜色转换过程获得的。在此图像中，重力场指向下。试管(520)在镜中的图像(530)提供了用于同时观察液体溶液(500)的底部和顶部的手段。在液体溶液(500)的顶部和底部之间可见清晰的红色(540)和黑色(550)的对比。所获得的颜色对比表明粒子的重力定向可以引起对人类肉眼清晰可见的宏观效应。

图17a-图17d示出了通过翻转原型安全设备(600)获得的宏观动态响应，所述原型安全设备(600)由填充有包含图15a-图15c中示出的红色和黑色janus微粒的水溶液(610)的通道(605)组成。17a-图17d是用与图15a-图15c和图16相同的颜色转换过程来获得的。在通道(605)中引入的janus微粒的数目对应于约1.5个单层的粒子的平均厚度(即约7.5微米)。在初始状态(图17a中示出的)中，尽管janus微粒的有效厚度有限，但设备(600)的通道区域(605)示出明亮的红色(615)。在刚翻转设备(图17b中示出的)之后，通道(605)示出与其初始红色(图17a中的615)相比对比显著的黑色(620)。在图17c中，在图17b之后大约2秒，通道(605)示出了动态响应(625)，其中发现其颜色逐渐动态地恢复回到其初始红色(615)。在图17d中，在图17b之后5秒，通道(605)回到其红色(615)，因此展示了重力引起的动态可见效应。该效应在大多数照明条件下和若干英尺远的地方对人类裸眼清晰可见。此外，与本领域已知的大多数ovd相反，获得的红色和黑色二者都几乎不随观察角变化。在制造后的几个月之后，所述设备保持功能，其中没有大量的粒子附接到侧壁。

图18a-图18d例示了动态响应的时间推移，其中在janus微粒在含有流体的容器中沉降期间产生复杂的流动分布。在此实施例中，该动态响应包括沉降和旋转(即与重力场对准)。janus微粒是接近球形的，并且具有一个黑色的表面部分和另一个红色的表面部分。在重力对准之后，janus微粒的黑色部分指向下。图18a示出了刚翻转之后的流体容器，其中观察到黑色。图18b示出了大约2秒之后的同一容器。在此，在janus微粒的重力引起的旋转和对准之后，黑色很快恢复回到红色(图18b中较浅的阴影)。图18c示出了在图18a之后大约6秒的相同的容器，其中在沉降期间(图3c)janus微粒集合成树枝状长丝。沉降扰乱旋转，使得观察到红色和黑色两种颜色。这样的复杂图案的形成是由沉降期间由多体相互作用引起的复杂流动分布导致的。图18d示出了在图8a之后大约20秒的动态响应。在图18d中，沉降已经完成；仅观察到红色，确认janus微粒对准在流体容器的底壁上，该对准由重力引起。

附加实施方案

1.一种安全设备，包括多个微观元件，所述微观元件被配置为在所述设备的加速度或定向改变的作用下从大体上与重力场对准转变到与重力场不对准，并且在所述加速度或定向改变停止之后转变回到与重力场对准。

2.如在附加实施方案1中描述的安全设备，其中，从大体上与重力场对准到与重力场不对准并且回到与重力场对准的转变产生一个或多个宏观效应。

3.如在附加实施方案2中描述的安全设备，其中，所述宏观效应中的至少一个是光学宏观效应。

4.如在附加实施方案3中描述的安全设备，其中，所述光学宏观效应能够由人类肉眼视觉观察到。

5.如在附加实施方案4中描述的安全设备，其中，所述光学宏观效应是机器可读的。

6.如在附加实施方案1至5中任一个中描述的安全设备，其中，所述多个微观元件在大约0.01秒至大约100秒、0.01秒至10秒、或1秒到10秒的时间间隔内从大体上对准转变到不对准并且转变回到对准。

7.如在附加实施方案1至6中任一个中描述的安全设备，其中，所述加速度是所述安全设备的振动和/或摇动。

8.如在附加实施方案1至7中任一个中描述的安全设备，其中，所述微观元件的尺寸在0.01和100微米之间变化。

9.如在附加实施方案8中描述的安全设备，其中，所述微观元件的尺寸在0.01和10微米之间变化。

10.如在附加实施方案1至9中任一个中描述的安全设备，其中，所述微观元件被集成到一个或多个微通道内。

11.如在附加实施方案10中描述的安全设备，包括多个独立的微通道。

12.如在附加实施方案10或11中描述的安全设备，其中，每个微通道具有在0.1和1000微米之间的高度。

13.如在附加实施方案1至12中任一个中描述的安全设备，其中，所述微观元件被分散在流体中；所述微观元件的一部分或全部各自具有与体积中心不同的质量中心；并且所述微观元件通过旋转而转变。

14.如在附加实施方案13中描述的安全设备，其中，所述微观元件的旋转使光线偏离以改变、显露或放大图案化在所述微观元件上的一个或多个静态印刷特征。

15.如在附加实施方案13或14中描述的安全设备，其中，所述微观元件和流体被集成到直径在0.1到200微米(μm)之间的一个或多个微囊内。

16.如在附加实施方案1至12中的任一个中描述的安全设备，其中，所述微观元件包括密度不相等的两种或更多种不混溶的流体，并且所述微观元件通过所述元件内的流体的移位而转变。

17.如在附加实施方案16中描述的安全设备，其中，所述微观元件包括被集成到直径在0.1和200微米(μm)之间的一个或多个微囊内的两种或更多种流体。

18.如在附加实施方案17中描述的安全设备，其中，每个微囊包括第一液体和第二液体。

19.如在附加实施方案18中描述的安全设备，其中，所述第一液体与所述微囊的接触角高于140度，所述第二液体与所述微囊的接触角低于40度。

20.如在附加实施方案17中描述的安全设备，其中，每个微囊包括第一流体、第二流体和第三流体；所述第一流体润湿所述微囊的内表面，并且所述第二流体和所述第三流体被所述第一流体包封。

21.如在附加实施方案17至20中任一个中描述的安全设备，其中，所述微观元件或微囊被沉积、印刷、附接或添加到衬底上或衬底内。

22.如在附加实施方案17至24中任一个中描述的安全设备，其中，所述微囊和/或流体使光偏离以产生透镜效应。

23.如在附加实施方案1中描述的安全设备，其中，所述微观元件被分散在凝固的液体基质内；并且凝固的基质被暴露于在所述微观元件周围提供液体壳的膨松剂。

24.如在附加实施方案23中描述的安全设备，其中，所述液体基质通过固化或溶剂蒸发而凝固。

25.如在附加实施方案1中描述的安全设备，其中，使用不同类型的微观元件来提供一个或多个响应。

26.如在附加实施方案1至24中任一个中描述的安全设备，其中，所述微观元件是janus微粒，其包括：i)内芯；和ii)在janus粒子的表面部分上的涂层，并且所述内芯的密度与所述涂层的密度不同。

27.如在附加实施方案26中描述的安全设备，其中，所述内芯具有0.1至100微米(μm)的直径，所述涂层具有10nm至500nm的厚度，并且涂层厚度小于直径的20％。

28.如在附加实施方案27中描述的安全设备，其中，所述内芯是固体。

29.如在附加实施方案26至28中任一个中描述的安全设备，其中，所述涂层具有抗反射表面。

30.如在附加实施方案29中描述的安全设备，其中，所述涂层包括铬、金和二氧化硅。

31.如在附加实施方案30中描述的安全设备，其中，所述涂层包括在所述内芯的表面部分上的第一层铬；第二层金；第三层铬；第四层二氧化硅；第五层铬和第六层二氧化硅。

32.如在附加实施方案26至28中任一个中描述的安全设备，其中，所述涂层包括薄膜、染料或着色剂。

33.如在附加实施方案32中描述的安全设备，其中，所述薄膜包括第一层的一个或多个金属膜、第二层的第一电介质膜、第三层的一个或多个金属膜和第四层的第二电介质膜。

本领域技术人员将理解，前述公开内容构成了对示出所述安全设备如何被应用和被投入使用的具体实施方案的描述。这些实施方案仅是示例性的，并不意味着将本公开内容限制于以上在本文中具体地示出和描述的内容。根据以上教导，在不脱离本公开内容的范围的前提下，各种改型和变体是可能的。在随后的权利要求中进一步描述和限定了所述安全设备。