本發(fā)明屬于仿生納米光子學技術領域，涉及一種基于蝶翅鱗片微納結構的灰度防偽標識及其制備方法。

背景技術：

為了防止未經所有權人準許而進行仿制或復制的活動,人們在生產生活中逐漸發(fā)展出了諸多能準確鑒別真?zhèn)危⒉灰妆环轮坪蛷椭频募夹g，即防偽技術。貨幣、有價證券等一般采用復合防偽技術，可選擇的技術主要包括紙張防偽、油墨防偽，光學全息防偽及印刷防偽技術等。隨著時代的發(fā)展，這些防偽技術面臨著門檻不高大眾化，部分專利技術公開化等困擾，或多或少地面臨越來越嚴峻的偽造風險。

過去的防偽技術大多集中在防偽材料，印刷技術，數碼技術，它們或多或少的存在著一些問題，例如辨識度低，技術門檻低，鑒別難等。因此，新型辨識度高、容易鑒別的防偽技術的設計及制備顯得尤為迫切。

在結構顏色的研究中，科學家發(fā)現燕尾蝶的鱗翅是由類似雞蛋外包裝紙盒一樣凹型光學微結構組成，這種三維微納米結構可以改變入射光偏振態(tài)，對它的理論和實驗研究國際上已開展多時，以其結構為目標的人工微納結構仿生合成工作一直在進行，但目前在我國還未實現利用這種仿生結構制備偏振敏感的灰度防偽標識的應用型研究。

授權公告號為cn102717613b的中國專利公開了一種具有蝶翅微觀結構的材料的制備方法，制備方法包括：選擇具有微觀結構的蝶翅進行前處理；將前處理后的所述蝶翅浸漬于含所需材料元素相應的可溶性鹽溶液中；將浸漬后的所述蝶翅根據所需材料的不同進行相應的高溫制度燒結。其中，所述前處理步驟為：將所述蝶翅置于室溫下無水乙醇、體積分數為6～20％hcl溶液、體積分數為6～20％naoh溶液中的一種溶液浸漬2～8h或幾種溶液中分別依次浸漬2～8h；所述浸漬于可溶性鹽溶液的時間為2～24h，可溶性鹽溶液的濃度為5％至飽和。所述燒結步驟為：將所述蝶翅放于所述密閉爐中，在真空或惰性氣體下將所述密閉爐內的溫度從室溫升至500～1200℃，然后在最高溫度保溫2～6h。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于蝶翅鱗片微納結構的灰度防偽標識及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：

基于蝶翅鱗片微納結構的灰度防偽標識的制備方法，該方法首先采用油墨在銀襯底上描繪出所需的防偽圖案，然后于銀襯底表面上排列單層聚苯乙烯小球，通過提拉獲得表面負載有單層聚苯乙烯薄膜的銀襯底，待單層聚苯乙烯薄膜上的溶液完全揮發(fā)，獲得聚苯乙烯小球模板，再通過電鍍銀在除防偽圖案以外的部位獲得聚苯乙烯小球模板的反結構，后經超聲除球、油墨清洗，即可。

所述的反結構的表面具有緊密排列的凹坑。

所述的凹坑改變正入射光的偏振方向90°。

基于蝶翅鱗片微納結構的灰度防偽標識的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟(1)：將剪裁好的銀襯底浸入丙酮中進行超聲處理，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

步驟(2)：將一面鍍銀的玻璃片浸入含有鹽酸、雙氧水的混合溶液中，超聲處理，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

步驟(3)：采用油性筆在步驟(1)吹干后的銀襯底上繪制出所需的防偽圖案；

步驟(4)：配制單分散聚苯乙烯小球溶液，超聲處理，使得聚苯乙烯小球分散均勻，再加入醇，混合均勻，制得聚苯乙烯小球的醇溶液；

步驟(5)：將步驟(4)制得的聚苯乙烯小球的醇溶液滴加到l-b膜儀器上，通過l-b膜儀器制備單層聚苯乙烯小球膜，然后用步驟(3)中繪制有所需防偽圖案的銀襯底提拉出單層聚苯乙烯薄膜，待單層聚苯乙烯薄膜上的溶液完全揮發(fā)，獲得聚苯乙烯小球模板；

步驟(6)：于哈氏槽內加入無氰電鍍銀溶液，將聚苯乙烯小球模板、步驟(2)處理后的玻璃片置于無氰電鍍銀溶液中，進行電鍍處理，獲得聚苯乙烯小球模板的反結構，后經超聲除球、油墨清洗，即可。

步驟(1)中所述的銀襯底為銀箔紙，該銀箔紙裁剪成10mm×20mm的長方形。

步驟(2)所述的混合溶液中鹽酸、雙氧水及水的體積比為1:1:6。

步驟(4)所述的聚苯乙烯小球的粒徑為3-6μm。

所述的單分散聚苯乙烯小球溶液中聚苯乙烯小球的質量分數為4-5％。

步驟(5)中所述的提拉的工藝條件為：于室溫下，控制提拉速度為1.2-3mm/min。

步驟(6)中玻璃片與聚苯乙烯小球模板的面積比為1:2，所述的電鍍處理的條件為：控制電流≤5ma，電鍍時間為10-20min。

步驟(6)中所述的無氰電鍍銀溶液選自市售的亞氨基二磺酸銨鍍銀溶液。

采用上述方法制備而成的基于蝶翅鱗片微納結構的灰度防偽標識。

本發(fā)明中所述的l-b膜儀器包括機架、朗謬爾水槽、控制機構和執(zhí)行機構，所述的朗謬爾水槽設置在機架的下方，所述的執(zhí)行機構吊設在機架上，經控制機構控制升降的速率。

其中，控制機構采用單片機stc12c4052ad作為主控，用a4988步進電機專用驅動芯片來驅動步進電機。步進電機控制升降速率為2.0-99.9mm/min，按照0.1mm/min速率進行調節(jié)，并且支持執(zhí)行機構上升到頂部自動停機，滿足實驗使用需求。步進電機為小型兩相四線絲桿步進電機。執(zhí)行機構包括滑塊、掛鉤及燕尾夾，所述的滑塊經步進電機帶動升降，所述的掛鉤與滑塊連接，所述的燕尾夾掛設在掛鉤的下方。朗謬爾水槽的兩側設置有推桿，在朗謬爾水槽的推緊液面上排列較松散的小球，利用推桿使其形成膜。

在操作本設備時，主要步驟為：首先給本設備上電，數碼管點亮顯示初始設定值2.0mm/min。此時按下stop/set鍵，數碼管最后一位小數點點亮表示進入設置模式，按下up/+按鈕增加，down/-按鈕減小，再次按下stop/set按鈕退出設定模式，小數點最后一位熄滅。然后，按下up/+按鈕，設備開始向上提拉，若按下down/-按鈕，滑塊下降，按下stop/set按鈕則停止運行。需要注意的是只有在設備停機的時候按下stop/set按鈕才能進入設置模式。

與現有技術相比，本發(fā)明方法先是使用油墨在銀襯底上描繪出所需的圖案，然后在銀襯底上排列單層聚苯乙烯小球，再通過電鍍銀方法、超聲和油墨清洗來獲得密排單層小球的反結構，實現對蝶翅表面凹坑結構的復制，制備成功可通過偏振片識別的新型灰度防偽標識。本發(fā)明方法制備過程中安全無毒，通過仿制蝶翅表面微納凹坑結構，可以將入射凹坑部位的線偏振光的偏振方向改變90°，通過旋轉兩塊偏振片，可以看到有凹坑結構的部位和無此結構部位的明暗度區(qū)別，利用這種特點可以制成支持圖案定制的新型灰度防偽標識。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明光子結構的顯微鏡照片；

圖3為本發(fā)明實際效果展示圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1：

如圖1-3所示，本實施例基于蝶翅鱗片微納結構的灰度防偽標識的制備方法，具體包括以下步驟：

a)將銀箔紙裁剪成10mm×20mm的長方形；

b)剪裁好的銀箔浸入丙酮中，在超聲池中超聲15min，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

c)再把一面鍍銀的玻片浸入hcl：h2o2：h2o＝1：1：6的混合液中，在超聲池超聲15min，然后用去離子水清洗，n2吹干備用；

d)使用油性筆在銀襯底上繪制出所需的防偽圖案。

e)將質量分數為5％粒徑5μm的單分散聚苯乙烯小球溶液先放入超聲池中超聲10min，讓小球分散均勻；

f)將分散均勻的質量分數為5％的聚苯乙烯小球溶液與無水乙醇1:1混合制備混合液待用；

g)將制備的混合液滴加到l-b儀器上制備單層聚苯乙烯小球膜(靜置10min)，然后用處理好的銀箔提拉出單層的聚苯乙烯薄膜，待膜上溶液揮發(fā)之后即得到聚苯乙烯小球模板；

h)在哈氏槽內加入無氰電鍍銀液進行電鍍，電流控制在5毫安內，鍍件(玻片)和銀電極的面積比為1：2，電鍍時間15min；

i)最終將電鍍后的樣品放入丙酮中進行超聲除球和油墨清洗，時間15min。

實施例2：

本實施例基于蝶翅鱗片微納結構的灰度防偽標識的制備方法，該方法首先采用油墨在銀襯底上描繪出所需的防偽圖案，然后于銀襯底表面上排列單層聚苯乙烯小球，通過提拉獲得表面負載有單層聚苯乙烯薄膜的銀襯底，待單層聚苯乙烯薄膜上的溶液完全揮發(fā)，獲得聚苯乙烯小球模板，再通過電鍍銀在除防偽圖案以外的部位獲得聚苯乙烯小球模板的反結構，后經超聲除球、油墨清洗，即可。

其中，反結構的表面具有緊密排列的凹坑，該凹坑的側壁改變正入射光的偏振方向90°。

本實施例方法具體包括以下步驟：

步驟(1)：將剪裁好的銀襯底浸入丙酮中進行超聲處理，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

步驟(2)：將一面鍍銀的玻璃片浸入含有鹽酸、雙氧水的混合溶液中，超聲處理，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

步驟(3)：采用油性筆在步驟(1)吹干后的銀襯底上繪制出所需的防偽圖案；

步驟(4)：配制單分散聚苯乙烯小球溶液，超聲處理，使得聚苯乙烯小球分散均勻，再加入醇，混合均勻，制得聚苯乙烯小球的醇溶液；

步驟(5)：將步驟(4)制得的聚苯乙烯小球的醇溶液滴加到l-b膜儀器上，通過l-b膜儀器制備單層聚苯乙烯小球膜，然后用步驟(3)中繪制有所需防偽圖案的銀襯底提拉出單層聚苯乙烯薄膜，待單層聚苯乙烯薄膜上的溶液完全揮發(fā)，獲得聚苯乙烯小球模板；

步驟(6)：于哈氏槽內加入無氰電鍍銀溶液，將聚苯乙烯小球模板、步驟(2)處理后的玻璃片置于無氰電鍍銀溶液中，進行電鍍處理，獲得聚苯乙烯小球模板的反結構，后經超聲除球、油墨清洗，即可。

步驟(1)中銀襯底為銀箔紙，該銀箔紙裁剪成10mm×20mm的長方形。

步驟(2)中混合溶液中鹽酸、雙氧水及水的體積比為1:1:6。

步驟(4)中聚苯乙烯小球的粒徑為3μm。單分散聚苯乙烯小球溶液中聚苯乙烯小球的質量分數為4％。

步驟(5)中提拉的工藝條件為：于室溫下，控制提拉速度為1.2mm/min。

步驟(6)中玻璃片與聚苯乙烯小球模板的面積比為1:2，所述的電鍍處理的條件為：控制電流為2ma，電鍍時間為10min。無氰電鍍銀溶液選自市售的亞氨基二磺酸銨鍍銀溶液。

實施例3：

本實施例方法具體包括以下步驟：

步驟(1)：將剪裁好的銀襯底浸入丙酮中進行超聲處理，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

步驟(2)：將一面鍍銀的玻璃片浸入含有鹽酸、雙氧水的混合溶液中，超聲處理，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

步驟(3)：采用油性筆在步驟(1)吹干后的銀襯底上繪制出所需的防偽圖案；

步驟(4)：配制單分散聚苯乙烯小球溶液，超聲處理，使得聚苯乙烯小球分散均勻，再加入醇，混合均勻，制得聚苯乙烯小球的醇溶液；

步驟(5)：將步驟(4)制得的聚苯乙烯小球的醇溶液滴加到l-b膜儀器上，通過l-b膜儀器制備單層聚苯乙烯小球膜，然后用步驟(3)中繪制有所需防偽圖案的銀襯底提拉出單層聚苯乙烯薄膜，待單層聚苯乙烯薄膜上的溶液完全揮發(fā)，獲得聚苯乙烯小球模板；

步驟(6)：于哈氏槽內加入無氰電鍍銀溶液，將聚苯乙烯小球模板、步驟(2)處理后的玻璃片置于無氰電鍍銀溶液中，進行電鍍處理，獲得聚苯乙烯小球模板的反結構，后經超聲除球、油墨清洗，即可。

步驟(1)中銀襯底為銀箔紙，該銀箔紙裁剪成10mm×20mm的長方形。

步驟(2)中混合溶液中鹽酸、雙氧水及水的體積比為1:1:6。

步驟(4)中聚苯乙烯小球的粒徑為6μm。單分散聚苯乙烯小球溶液中聚苯乙烯小球的質量分數為5％。

步驟(5)中提拉的工藝條件為：于室溫下，控制提拉速度為2mm/min。

步驟(6)中玻璃片與聚苯乙烯小球模板的面積比為1:2，所述的電鍍處理的條件為：控制電流為3ma，電鍍時間為20min。無氰電鍍銀溶液選自市售的亞氨基二磺酸銨鍍銀溶液。

實施例4：

本實施例方法具體包括以下步驟：

步驟(1)：將剪裁好的銀襯底浸入丙酮中進行超聲處理，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

步驟(2)：將一面鍍銀的玻璃片浸入含有鹽酸、雙氧水的混合溶液中，超聲處理，然后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；

步驟(3)：采用油性筆在步驟(1)吹干后的銀襯底上繪制出所需的防偽圖案；

步驟(4)：配制單分散聚苯乙烯小球溶液，超聲處理，使得聚苯乙烯小球分散均勻，再加入醇，混合均勻，制得聚苯乙烯小球的醇溶液；

步驟(5)：將步驟(4)制得的聚苯乙烯小球的醇溶液滴加到l-b膜儀器上，通過l-b膜儀器制備單層聚苯乙烯小球膜，然后用步驟(3)中繪制有所需防偽圖案的銀襯底提拉出單層聚苯乙烯薄膜，待單層聚苯乙烯薄膜上的溶液完全揮發(fā)，獲得聚苯乙烯小球模板；

步驟(6)：于哈氏槽內加入無氰電鍍銀溶液，將聚苯乙烯小球模板、步驟(2)處理后的玻璃片置于無氰電鍍銀溶液中，進行電鍍處理，獲得聚苯乙烯小球模板的反結構，后經超聲除球、油墨清洗，即可。

步驟(1)中銀襯底為銀箔紙，該銀箔紙裁剪成10mm×20mm的長方形。

步驟(2)中混合溶液中鹽酸、雙氧水及水的體積比為1:1:6。

步驟(4)中聚苯乙烯小球的粒徑為4μm。單分散聚苯乙烯小球溶液中聚苯乙烯小球的質量分數為4.5％。

步驟(5)中提拉的工藝條件為：于室溫下，控制提拉速度為3mm/min。

步驟(6)中玻璃片與聚苯乙烯小球模板的面積比為1:2，所述的電鍍處理的條件為：控制電流為1ma，電鍍時間為20min。無氰電鍍銀溶液選自市售的亞氨基二磺酸銨鍍銀溶液。

上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。