Ученые ИТМО предложили метод создания цветной маркировки с помощью недорогой отечественной лазерной установки. В отличие от других способов решение позволяет внутри одного рельефа наносить еще более мелкие отдельные структуры, что усложняет копирование метки. Разработка защитит стеклянные изделия вроде медицинских ампул и пробирок от подделок. Результаты исследования опубликованы в Optics and Laser Technology. Об этом CNews сообщили представители ИТМО.
Материалы обладают разным нанорельефом (это могут быть неровности, выступы или впадины на поверхности), который влияет на их оптические свойства. Например, одна поверхность лучше улавливает и отражает свет, а другая — ограничивает излучательную способность. Каждому свойству находится применение — материалы со светоулавливающим нанорельефом используются в солнечных батареях, а на основе отражающих свет поверхностей создают переливающуюся цветами маркировку для защиты от подделок.
Обычно для создания упорядоченных нанорельефов применяют метод фотолитографии. Принцип его работы отдаленно напоминает рисование баллончиком по трафарету: для печати нужного изображения создается шаблон, через него светят лазерным излучением, и изображение воспроизводится на материале. Однако фотолитографы — это дорогие установки, требующие много расходных материалов, например, шаблонов и фоторезистов (материалов, которые воспринимают лазерное излучение для регистрации изображения). К тому же изменить изображение во время записи невозможно — нужно делать новый трафарет.
Альтернатива фотолитографии — метод прямой записи сканирующими лазерными пучками. Он не требует дорогого оборудования, расходников и позволяет наносить на поверхность материала мелкие структуры — как будто рисуют тонкой кистью. Ученые Института лазерных технологий ИТМО усовершенствовали этот подход, добавив в него метод генерации лазерно-индуцированных поверхностных периодических структур (ЛИППС). С его помощью можно различать, наносить и комбинировать еще более мелкие отдельные наноструктуры внутри области сканирования.
«Из-за шероховатости материала лазерное излучение, падающее на него, рассеивается и преобразуется в электромагнитную волну. Волна распространяется вдоль поверхности и взаимодействует с падающим лазерным излучением. В итоге возникает нанорельеф, который записывается в форме защитной метки. Представьте, что лазерное излучение — толстая кисть размером порядка 55–70 микрон. При этом в мазке кисти различаются линии каждого волоска размером 0,7 микрон — это в 100 раз тоньше человеческого волоса. Они и рисуют крошечные наноструктуры внутри общей картины», — сказал Дмитрий Синев, доцент Института лазерных технологий ИТМО.
Работает предложенный метод так. На стеклянную подложку наносят титановую пленку, а затем проходятся по ней лазерным пучком — получается одномерный нанорельеф в виде нескольких линий. Чтобы усложнить геометрию и сделать картинку двухмерной, линии формируют еще раз, но уже под другим углом, поперек первым. Финальный нанорельеф метки по форме напоминает соты и квадраты. Результат записи виден, если направить на него источник белого света, например, фонарик.
«Из-за повторной обработки нанорельефы переняли теплофизические и механические свойства подложки и оптические свойства пленки — изменилось взаимодействие с поляризованным светом, спектры отражения и пропускания света. То есть каждая наноструктура в метке переливалась цветами с разной интенсивностью в зависимости от угла наблюдения. По требованию заказчика мы можем записать любое изображение и дополнительно его кастомизировать. Например, создать определенную наноструктуру, чтобы метка светилась ярче под конкретным углом, и сообщить заказчику параметры конфигурации. Только он будет знать расположение элементов и сможет опознать метку», — сказал Александр Суворов, магистрант второго курса Института лазерных технологий ИТМО.
Авторы исследования также отметили, что реально сделать маркировку еще более уникальной, если сочетать в ней разные защитные метки — например, записать изображение двумерной наноструктурой, а фон — одномерной.
Исследователи планируют сделать на основе своих меток цветную маркировку для защиты от подделок медицинских ампул, пробирок и других изделий из прозрачных материалов. Сейчас предложенный метод позволяет печатать защитную метку с разрешением в 0,7 микрон и площадью 1х1 мм за 18 с. В дальнейшем ученые рассчитывают увеличить скорость записи и уменьшить размер наноструктур, чтобы уместить больше элементов и сделать изображение более сложным для копирования.
Исследование поддержано грантом РНФ.
Поделиться