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一种可用于防伪技术中的光学变色薄膜

2021-08-17 来源:黄冈农业机械网

一种可用于防伪技术中的光学变色薄膜

【中国包装网讯】防伪技术应具备消费者易识别、安全难仿造、防伪门槛高的特点,同时防伪投入应符合企业成本效益的原则。

光学变色薄膜是根据多层复合膜的光学干涉原理设计成的光学制品。当自然光进入多层膜时,由于各层膜介质材料的特性、厚度以及界面特性的不同,会使一些光干涉相长,另一些光干涉相消,因此,从不同的角度可以看到薄膜反射颜色的变化。

一种可用于防伪技术中的光学变色薄膜

多层光学变色薄膜的膜层结构大体可以分为两类:全介质膜系和金属介质复合膜系。其中,全介质膜系的机械性能和化学性能都较好,但需经过多次镀膜工序才能达到预期的效果,而且颜色纯度稍差,制作效率低、成本高,所以不适合面积大的产品和大规模生产。

金属介质膜系结构比较简单,仅几层金属介质相间,薄膜就能达到预期效果,膜系的变色效果很好,且可大面积批量制备,成本低、效率高,很有可能成为一种重要的光学制品和防伪样品。

本文利用多光束光学干涉原理,采用结构简单的金属介质膜系,按照需要设计合适的膜系结构,并制作出变色薄膜样件,使薄膜能够通过改变观察角度得到不同反射光谱,从而得到待观测处颜色可发生较为明显变化的视觉效果。

光干涉薄膜变色原理

根据牛顿的光学理论,日光是由许多波长不同的光组成,波长不同呈现的颜色也不同。

在日光下,非透明物体吸收了某一波长的入射光,反射出来的另一波长的光便是该物体呈现的颜色。

对于透明物体,如透明的薄膜,当某束光入射到其表面,遇到第一层界面时,入射光中的部分光束以某种角度反射回来,而另一部分则折射入膜内,碰到第二层界面时会以另一角度反射到第一层界面上,并重新折射出来。由于这些反射光和透射光都来自于同一光波,入射光分解出的两束光的光程差不同,所以当它们满足相干光条件时,就产生了光的干涉现象,出现明暗相间的干涉条纹。

在日光下,如果要想通过透明膜产生光的干涉现象,消除某一波长的光,即使其反射光强度为零,加强另一些波长的光,必须同时满足上面两个条件,即公式(1)和公式(2)。

图1所示为薄膜干涉原理示意图。目前,要将单层透明膜的厚度h控制为入射光波长λ/4的奇数倍是很容易做到的,但要将膜层材料的折射率n1控制在介于n0与n2之间,则很难实现。

图1 薄膜干涉原理示意图 图2 金属介质复合膜系结构示意图

然而,将单层透明膜制成多层光学膜,即精心挑选两种折光率相差较大的介质1和介质2,并使n1介于n0与n2之间,与此同时,再精确控制成膜条件,使每层沉积膜的厚度都符合入射光波长的λ/4的奇数倍,那么上述种种难题就解决了。

为了进一步验证这种解决办法的可行性,我们做了相关实验。实验采用金属介质膜系结构,如图2所示,利用反射率高的金属反射镜制成Al或者Ag反射层,而半透半反的另一块金属反射镜为铬层,中间介质层为Al2O3或者SiO2等,通过计算与模拟,确定了能实现不同角度变色效果的各反射层的最佳厚度,最后通过实验制备出变色薄膜样件,观察变色效果。

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