一种基于蝶翅鳞片微纳结构的彩色防伪标识制备方法与流程

本发明属于仿生学，纳米光子学技术领域，尤其是涉及一种基于蝶翅鳞片微纳结构的彩色防伪标识制备方法。

背景技术：

目前市场上防伪技术一般采用激光全息防伪、数码防伪、印刷防伪等单色防伪技术，对于一般消费者来说，看起来外观都差不多，不好确认真假。彩色防伪因其辨识度高，鉴定简便，对于市场终端用户可以实现快速、准确、便捷地真伪辨识。现有的彩色防伪一般使用光变油墨等技术，然而，随着时代的发展，这些技术面临者技术门槛降低，专利失效等问题。因此新的彩色防伪技术的发展变成了一个亟需解决的问题。

科学家在研究燕尾蝶鳞翅时发现，这种鳞翅的颜色是一种混合结构颜色。具体地说，这种混合颜色来源于鳞翅表面的凹坑微结构和凹坑微结构之下的多层膜。这种凹坑微结构的尺寸小于人眼衍射极限，而凹坑的存在使得入射光线照射至该结构时，在不同部位以不同角度入射，因此产生不同的色彩。通过肉眼，我们看到的最终是不同部分颜色的混合平均效果。另一方面，凤蝶鳞翅表面的凹坑结构还具有改变入射光偏振态的作用，入射于侧面的光线将会被反射两次，偏振方向改变九十度，而入射底面的光线只会被反射一次，偏振方向不变。因此，利用两块正交的偏振片观察该结构将会发现颜色的改变。对它的理论和实验研究国际上一直在持续进行，以混合颜色为目标的仿生工作一直在进行，但目前在我国还未实现利用这种仿生结构制备彩色防伪标志的应用型研究。

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于蝶翅鳞片微纳结构的彩色防伪标识制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于蝶翅鳞片微纳结构的彩色防伪标识制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)对银衬底进行预处理；

(2)通过提拉法在银衬底上排列单层小球模板，采用电镀法在该模板上获得反结构；

(3)通过原子层沉积法结合掩模法在所述反结构表面交替镀上多个周期的薄膜，获得最终彩色防伪标识。

步骤(1)所述的对银衬底进行预处理包括清洗和水性处理。

所述的清洗是将银衬底置于有机溶剂中，超声10～60min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；

所述的水性处理为：将清洗后的银衬底进入摩尔比为HCl：H₂O₂：H₂O＝1：1：6的混合液中，超声10～60min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干。

步骤(2)所述的在银衬底上排列单层小球模板是将银衬底整个浸没在提拉液中10min，然后均匀匀速拉出，待溶液挥发之后即在银衬底上排列了单层小球模板。

所述的提拉液通过以下方法得到：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，然后与无水乙醇按体积比1:1混合即得。

步骤(2)所述的电镀法是将表面排列了单层小球模板的银衬底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，镀件和银电极的面积比为1：2，电镀时间15min。

步骤(3)具体是在所述反结构上盖上引诱图案的掩膜版，使用原子层沉积设备，交替镀上多个周期的氧化铝和氧化锌薄膜，得到最终产品。

所述的氧化铝和氧化锌的电镀周期为5～15个，最终氧化铝和氧化锌薄膜的厚度为50～100nm。

所述的彩色防伪标识表面呈凹坑状，凹坑直径小于50微米。

辨识过程中，旋转两片正交偏振片进行观察，将看到图案的颜色发生变化。

与现有技术相比，本发明通过仿生的思路制备混合颜色，提出一种新的彩色防伪技术方法。使用油墨在银衬底上描绘出所需的图案，再在银衬底表面密排单层聚苯乙烯小球，最后通过电镀银和超声的方法在除图案以外的部位获得密排单层小球模板的反结构，即实现对蝶翅表面凹坑结构的仿生制备，最后通过原子层沉积技术交替镀上多个周期的薄膜；从而获得特定的混合结构颜色。这种凹坑结构的侧面颜色和底部颜色因为入射角度的不同将会呈现不同的颜色。而且凹坑结构的侧面可以将入射线偏振光的偏振方向改变九十度。因此，通过旋转两块偏振片将可以看到有凹坑结构的部位和无此结构部位的颜色区别。利用这种特点，我们可以制成支持图案定制的新型彩色防伪标识。

附图说明

图1为本发明方法流程简图。

图2为本发明制备过程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明，实施例只是本发明的优选实施方式，但不仅限于以下的实施例。

实施例1

流程图如图1～2所示，首先对银箔进行预处理，然后在银箔上排列单层二氧化硅小球模板，由于其自组织特性可以自发的形成周期性排列，之后使用电镀法获得该模板的反结构，最后使用原子层沉积技术交替镀上十个周期的氧化铝和氧化锌。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)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；

e)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；

f)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。

g)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。

h)将电镀后的样品放入丙酮中进行超声除球，超声时间15min，氮气吹干备用。

i)在样品上盖上预先准备好的印有SHNU的掩模版后使用原子层沉积设备，交替镀80nm厚度的氧化铝和氧化锌十个周期，得到最终样品。

实施例2

一种基于蝶翅鳞片微纳结构的彩色防伪标识制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)对银衬底进行预处理：将银衬底置于有机溶剂中，超声10min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；然后将清洗后的银衬底进入摩尔比为HCl：H₂O₂：H₂O＝1：1：6的混合液中，超声10min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干。

(2)通过提拉法在银衬底上排列单层小球模板，采用电镀法在该模板上获得反结构：将银衬底整个浸没在提拉液中10min，然后均匀匀速拉出，待溶液挥发之后即在银衬底上排列了单层小球模板，然后将表面排列了单层小球模板的银衬底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，镀件和银电极的面积比为1：2，电镀时间15min。

所述的提拉液通过以下方法得到：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，然后与无水乙醇按体积比1:1混合即得。

(3)通过原子层沉积法结合掩模法在所述反结构表面交替镀上多个周期的薄膜，获得最终彩色防伪标识：在所述反结构上盖上引诱图案的掩膜版，使用原子层沉积设备，交替镀上多个周期的氧化铝和氧化锌薄膜，得到最终产品。氧化铝和氧化锌的电镀周期为5个，最终氧化铝和氧化锌薄膜的厚度为50nm。所述的彩色防伪标识表面呈凹坑状，凹坑直径小于50微米。

实施例3

一种基于蝶翅鳞片微纳结构的彩色防伪标识制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)对银衬底进行预处理：将银衬底置于有机溶剂中，超声60min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；然后将清洗后的银衬底进入摩尔比为HCl：H₂O₂：H₂O＝1：1：6的混合液中，超声60min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干。

(2)通过提拉法在银衬底上排列单层小球模板，采用电镀法在该模板上获得反结构：将银衬底整个浸没在提拉液中10min，然后均匀匀速拉出，待溶液挥发之后即在银衬底上排列了单层小球模板，然后将表面排列了单层小球模板的银衬底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，镀件和银电极的面积比为1：2，电镀时间15min。

所述的提拉液通过以下方法得到：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，然后与无水乙醇按体积比1:1混合即得。

(3)通过原子层沉积法结合掩模法在所述反结构表面交替镀上多个周期的薄膜，获得最终彩色防伪标识：在所述反结构上盖上引诱图案的掩膜版，使用原子层沉积设备，交替镀上多个周期的氧化铝和氧化锌薄膜，得到最终产品。氧化铝和氧化锌的电镀周期为15个，最终氧化铝和氧化锌薄膜的厚度为100nm。所述的彩色防伪标识表面呈凹坑状，凹坑直径小于50微米。