一种基于旋转参量控制的多功能彩色防伪薄膜制备方法技术

一种基于旋转参量控制的多功能彩色防伪薄膜制备方法，涉及薄膜材料和光学防伪领域。包括：干涉介质层，复合于所述干涉介质层底部的基底层，以及复合于所述干涉介质层顶部的表面膜层；其中，所述基底层包括基材层，以及将所述基材层附着于其上的载体层；所述表面膜层包括复合于上述干涉介质层顶部的功能层，以及将复合于所述功能层顶部的保护层。其中，通过改变传统磁控溅射制备工艺，控制溅射时转盘周期及角度等，改变传统工艺，突破常规固态芯片式防伪设计，提高标识的外观表现力；亚波长量级的厚度也使标识的设计及应用场景更加灵活。的厚度也使标识的设计及应用场景更加灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转参量控制的多功能彩色防伪薄膜制备方法


[0001]本专利技术涉及薄膜材料和光学防伪领域，尤其涉及一种基于旋转参量控制的多功能彩色防伪薄膜制备方法。

技术介绍

[0002]假冒伪劣行为严重扰乱市场秩序，采取高安全性的防伪手段刻不容缓。目前最常见的荧光和射频识别(RFID)防伪技术存在诸多问题。随着材料科学急速发展，荧光防伪技术安全性变低。而RFID技术则存在成本高、稳定性差、寿命短等缺陷。因此探究制备一种新型高安全性的低廉可靠的防伪技术尤为重要。
[0003]此外，随着对产品外观的色彩表现的追求越来越高，绚丽多彩的可变色材料受到人们的青睐。目前的变色材料的制作方法主要有光致变色，热致变色，电致变色，镭射处理变色，印刷变色，微结构变色等。光致变色耐久性差，不能永久变色；热致变色材料成本高，印刷条件严格；电致变色玻璃中，有机材料存在降解问题，而无机材料则变色时间较长；镭射变色处理薄膜防伪性能强，美观，耐油墨腐蚀，但耐候性差，大部分PE镭射膜不适合于高温环境下使用。以上这些变色技术大多不能形成动态的色彩变化；而且其色彩饱和度几乎不能调控。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效防止制假售假、增加仿造难度以及更加低廉环保的美观的多功能彩色防伪薄膜及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种旋转参量控制的多功能彩色薄膜，其包括：载体层(111)、基材层(112)、预干涉介质层(12)、功能层(131)、保护层(132)，最底部为载体层(111)，载体层(111)上为一层基材层(112)，基材层(112)上为预干涉介质层(12)，其中一层基材层(112)和其上的一层预干涉介质层(12)记为一个干涉单元结构，在载体层(111)上向上设有1个干涉单元结构或向上依次设有多个干涉单元结构叠加，在对应的一个干涉单元结构的预干涉介质层(12)上或对应的多个叠加的干涉单元结构最上层的预干涉介质层(12)上为功能层(131)，功能层(131)上为保护层(132)；
[0007]预干涉介质层(12)为楔形圆柱结构，即在轴向方向上为楔形结构，从周侧面上为圆柱结构，预干涉介质层(12)的底面记为水平平面则预干涉介质层(12)的顶面为倾斜的斜平面，两平面之间的夹角为楔形角度，根据需要为0
‑
30
°
，为0时则为两平面平行；进一步优选两平面实际相交。
[0008]多个干涉单元结构叠加时，每个预干涉介质层(12)的楔形角度朝向根据需要进行调整，如所有的预干涉介质层(12)的结构完全上下完全重叠即楔形角度朝向相同如图5的1)，或者预干涉介质层(12)的楔形角度上下完全相反且交叉重叠如图5的2)；或者部分楔形角度朝向相同和楔形角度上下完全相反且交叉重叠的组合，如图5的3)和4)。
[0009]以基材层和预干涉介质层组成的干涉单元结构为多个叠加时，为周期循环多次叠加，则多功能彩色薄膜结构为自下而上依次为载体层、基材层、预干涉介质层、
……
基材层、预干涉介质层
……
、基材层、预干涉介质层、功能层(131)、保护层(132)。
[0010]上述所述的多功能彩色薄膜制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)将基材层(112)的材料靶材装载在溅射靶位(22)处，将载体层(111)放置于旋转样品平台(21)处，使旋转平台(21)匀速转动，以得到均匀平坦的基材层(112)；其中溅射靶位(22)位于旋转样品平台(21)的斜上方，溅射靶位(22)的中心轴与旋转样品平台(21)的中心轴相交于旋转样品平台(21)的上表面中心处，且溅射靶位(22)的中心轴与旋转样品平台(21)的中心轴的夹角小于90
°
，优选30
‑
60
°
；
[0012]2)将基材层(112)的材料靶材从溅射靶位(22)上拆卸下来，替换为预干涉介质层(12)的靶材，使旋转平台(21)停止转动，进行溅射以得到不均匀的具有倾斜坡度的预干涉介质层(12)；
[0013]3)将预干涉介质层(12)的材料靶材从溅射靶位(22)上拆卸下来，替换为功能层(131)的靶材，使旋转平台(21)匀速转动进行溅射，以得到均匀平坦的功能层(131)薄膜；
[0014]4)若为干涉单元结构叠加时则重复步骤2)和步骤3)；通过溅射预干涉介质层(12)时调整对应的旋转平台(21)的角度进而调整上下两层预干涉介质层(12)的楔形角度；
[0015]5)将功能层(131)的材料靶材从把靶位(22)上拆卸下来，替换为保护层(132)的靶材，使旋转平台(21)匀速转动进行溅射，以得到均匀平坦的保护层(132)薄膜。
[0016]各膜层的厚度可通过改变溅射靶位(22)的溅射功率和溅射时间来调控。溅射功率越高，时间越长，所得到的膜层厚度越大。
[0017]步骤4)所述的调整对应的旋转平台(21)的角度，指的是旋转平台(21)绕自身中心轴进行转动调整角度，使得相邻两次溅射预干涉介质层(12)时，旋转平台(21)同一半径的角度差，可为0
‑
360
°
中的任意角度。
[0018]其干涉单元结构所产生的反射率与材料及各自层的厚度的匹配关系基于等效反射干涉理论，依赖于：
[0019]反射系数r和透射系数t可写为：
[0020][0021][0022]式中，t
12
、r
12
、t
21
、r
23
分别是入射电磁波在不同介质层的透射、反射的复幅度,如图1所示(1个干涉单元结构)；r
12
是入射电磁波经过保护层(132)，在功能层(131)界面处的反射系数复幅度；t
12
是入射电磁波经过保护层(132)，经由功能层(131)，在预干涉介质层(12)中的透射系数复幅度；r
23
是入射电磁波经过保护层(132)和功能层(131)，在预干涉介质层(12)中产生干涉效应后，再由预干涉介质层(12)，功能层(131)和保护层(132)出射的反射系数复幅度；t
21
是入射电磁波经过保护层(132)和功能层(131)后，在预干涉介质层(12)中产生干涉效应后，由功能层(131)界面反射回预干涉介质层(12)的透射系数复幅度。
[0023]为电磁波在预干涉介质区域的传播相位差，n
eff
是材料的
有效折射率，k0是自由空间的传播常数，而d为等效媒质厚度；
[0024]由于整体结构的反射率R＝|r|2，则：
[0025][0026]由于观察者角度即入射电磁波的角度θ1，与传播相位差中的角度θ2有依赖关系；角度θ2变化，结构的整体反射率R也随之变化；因此该结构具有观察者角度不同，其呈现色彩动态变化的特性；由于传播相位差中有效折射率n
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转参量控制的多功能彩色薄膜，其特征在于，其包括：载体层(111)、基材层(112)、预干涉介质层(12)、功能层(131)、保护层(132)，最底部为载体层(111)，载体层(111)上为一层基材层(112)，基材层(112)上为预干涉介质层(12)，其中一层基材层(112)和其上的一层预干涉介质层(12)记为一个干涉单元结构，在载体层(111)上向上设有1个干涉单元结构或向上依次设有多个干涉单元结构叠加，在对应的一个干涉单元结构的预干涉介质层(12)上或对应的多个叠加的干涉单元结构最上层的预干涉介质层(12)上为功能层(131)，功能层(131)上为保护层(132)；预干涉介质层(12)为楔形圆柱结构，即在轴向方向上为楔形结构，从周侧面上为圆柱结构，预干涉介质层(12)的底面记为水平平面则预干涉介质层(12)的顶面为倾斜的斜平面，两平面之间的夹角为楔形角度，根据需要为0
‑
30
°
，为0时则为两平面平行；进一步优选两平面实际相交。2.按照权利要求1所述的一种旋转参量控制的多功能彩色薄膜，其特征在于，多个干涉单元结构叠加时，每个预干涉介质层(12)的楔形角度朝向根据需要进行调整，如所有的预干涉介质层(12)的结构完全上下完全重叠即楔形角度朝向相同，或者预干涉介质层(12)的楔形角度上下完全相反且交叉重叠；或者部分楔形角度朝向相同和楔形角度上下完全相反且交叉重叠的组合。3.按照权利要求1所述的一种旋转参量控制的多功能彩色薄膜，其特征在于，以基材层和预干涉介质层组成的干涉单元结构为多个叠加时，为周期循环多次叠加，则多功能彩色薄膜结构为自下而上依次为载体层、基材层、预干涉介质层、
……
基材层、预干涉介质层
……
、基材层、预干涉介质层、功能层(131)、保护层(132)。4.按照权利要求1所述的一种旋转参量控制的多功能彩色薄膜，其特征在于，所述载体层选自聚酯薄膜柔性材料、Si半导体固体、Al金属材料。5.按照权利要求1所述的一种旋转参量控制的多功能彩色薄膜，其特征在于，所述基材层和功能层选自Ge2Sb2Te5、GeTe、Sb2Te3此类硫系相变材料、Si半导体材料等中的一种或几种；所述基材层厚度为1
‑
100nm；所述功能层厚度为1
‑
20nm。6.按照权利要求1所述的一种旋转参量控制的多功能彩色薄膜，其特征在于，预干涉介质层和保护层针对可见光范...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘富荣，陈清远，张永志，张家威，魏文聪，李林，张露露，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：