一种具有多模式红外防伪效果的温敏多层膜结构的制备方法

技术领域

本发明属于热辐射控制与防伪技术领域，具体涉及一种具有多模式红外防伪效果的温敏多层膜结构的制备方法。

背景技术

现有的防伪技术主要依赖于无色或浅色发光材料的印刷技术(CN218996231U、CN114714792A)；然而，这些图案的发光波段局限于可见光波段，仅仅通过肉眼即可识别，很容易被具有类似发光特性的材料所替代；此外，由于有机染料往往缺少刚性结构，化学稳定性差，易被洗脱。

依托相变材料的温敏动态变发射率防伪结构能够进一步突破发光材料的限制，在不同温度的刺激下，其结构红外发射率发生变化，通过红外热成像相机可以拍摄出处于不同温度的防伪图案(CN113314020B)，然而基于相变材料设计的防伪图案往往只有两种模式(CN113990176B),且多使用光刻、刻蚀等微纳加工技术，不利于大规模制造及应用。因此，期望找到一种制备工艺简单、且具有温敏动态变发射率的多模式防伪薄膜制备方式。

发明内容

发明目的是为解决上述技术问题，而提供一种具有多模式红外防伪效果的温敏多层膜结构。

本发明的技术方案：一种具有多模式红外防伪效果的温敏多层膜结构的制备方法，其具体步骤如下：

S1：将硅片衬底用HF浸泡后，用去离子水洗净后用氮气枪吹干；

S2：在步骤S1中的硅片衬底层上通过电阻蒸镀沉积Al作为金属高反射层；

S3：在步骤S2中的金属高反层上通过电子束蒸镀沉积Si作为间隔层，并通过退火处理；

S4：在步骤S3中的间隔层上通过电子束蒸镀沉积V

S5：在步骤S4中的结构表面上根据图案需要，沉积不同厚度的Al构成的Al顶层图案层。

优选步骤S1中所用HF的质量浓度为40-55％；浸泡时间为10-20min；

优选步骤S2中金属高反层的厚度为70-100nm。

优选步骤S3中间隔层的厚度为100-170nm。

优选步骤S4中相变材料层的厚度为90-120nm。

优选步骤S5中Al顶层图案层各处的厚度为2-20nm。

优选步骤S2中沉积金属高反层的电阻蒸镀速率为

优选步骤S3中沉积间隔层的电子束蒸镀速率为

优选步骤S4中沉积相变材料层的电子束蒸镀速率为

优选步骤S5中沉积Al顶层图案层的电阻蒸镀速率为

本发明还提供一种具有多模式红外防伪效果的温敏多层膜结构，由本发明的具有多模式红外防伪效果的温敏多层膜结构的制备方法制备而成。

本发明通过改变Al顶层的厚度，调控所构建F-P腔的封闭程度及其对红外光的局域强度，从而获得图案不同区域的红外发射率，使之在同样的环境温度下呈现不同的热发射温度，构建多模式的红外防伪图案。同时，不同封闭程度的F-P腔随着温度变化、相变层材料特性的变化，对红外光局域强度的变化率也不同，因此，不同区域的相对红外发射率随着温度发生变化，从而获得不同温度激发下，不同红外成像图案的多模式防伪效果。本发明与传统荧光防伪图案相比，本发明的温敏多层膜能够根据温度自行调节热发射图案，无需荧光激发，且不易洗脱。相较于简单的双模式防伪技术，本发明针对相变材料VO

有益效果：与与传统荧光防伪图案相比，本发明的温敏多层膜能够根据温度自行调节热发射图案，无需荧光激发，且不易洗脱。相较于简单的双模式防伪技术，本发明针对相变材料层的过渡态也设计了防伪图案，构建了多种模式的防伪效果，增强伪装效果。另外，本发明的制备工艺简单，无需进行刻蚀等微纳加工，成本低，适合批量应用，在防伪加密和隐身领域均具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例防伪多层膜的剖面结构示意图；其中：11-衬底层，12-高反射金属层，13-间隔层，14-相变材料层，15-Al顶层图案层；

图2为本发明实施例1-3的多模式红外防伪效果。其中a是实施例1，b是实施例2，c是实施例3。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：本实施方式案例以本发明提出的多模式红外防伪效果的温敏多层膜结构为前提，但本发明的保护范围并不限于下述实施方式与案例。

本发明实施例的结构示意图如图1所示，包括衬底层11、高反射金属层、间隔层13、相变材料层14以及Al顶层图案层15。

本实施例使用了3种不同的温敏多层膜图案在不同温度下红外波段热辐射图案的控制。

实施例1

选用硅片作为衬底，具体制备流程过程如下：

用40％的HF浸泡硅片衬底20min，用去离子水洗净后用氮气枪吹干；

在处理好的硅片上用电阻蒸镀沉积70nm的Al膜，蒸镀速率为

在Al膜上用电子束蒸镀沉积的170nm的Si膜，蒸镀速率为

在Si膜上用电子束蒸镀沉积的120nm的V

在VO

实施例2

选用硅片作为衬底，具体制备流程过程如下：

用50％的HF浸泡硅片衬底15min，用去离子水洗净后用氮气枪吹干；

在处理好的硅片上用电阻蒸镀沉积80nm的Al膜，蒸镀速率为

在Al膜上用电子束蒸镀沉积的130nm的Si膜，蒸镀速率为

在Si膜上用电子束蒸镀沉积的100nm的V

在VO

实施例3

选用硅片作为衬底，具体制备流程过程如下：

用55％的HF浸泡硅片衬底10min，用去离子水洗净后用氮气枪吹干；

在处理好的硅片上用电阻蒸镀沉积100nm的Al膜，蒸镀速率为

在Al膜上用电子束蒸镀沉积的10 0nm的Si膜，蒸镀速率为

在Si膜上用电子束蒸镀沉积的90nm的V

在VO

实施例1-3得到的多模式防伪性能检测如图2所示，其中，a是实施例1，b是实施例2，c是实施例3。通过红外热成像仪拍摄的红外热图像中可以看到，各实施例在不同温度激发下，呈现出不同的热图案变化，且不同实施例中变化的方式均不同。如图2a所示，实施例1在65℃下图案从左至右呈现较深-深-最深的图案，在67℃下颜色最深的区域变为中间的正方形，在70℃下，各区域颜色略为接近，最深的区域变为最左侧的正方形。如图2b所示，实施例2在60℃下各区域颜色近乎一致，在65℃下，左侧区域颜色较中间和右侧区域更浅，在67℃下则呈现浅-深-最深的渐变图案。如图2c所示，实施例3在55℃下各区域颜色非常接近，在65℃下则仅中间区域略浅，在75℃下又变回近乎一致的浅色。这是由于Al顶层图案层的厚度变化，调控了所构建F-P腔的封闭程度及其对红外光的局域强度，在同一温度下呈现不同的热发射温度，构建了红外防伪图案。而随着温度变化，所构建的F-P腔对于红外光的局域作用随着相变材料层光学性能的变化而变化，且各区域变化率不尽相同，从而呈现了不同温度下的多模式防伪效果。

因此，本发明的温敏多层膜结构在不同温度下展现出多模式的热红外防伪图案，可实现多模式防伪的效果。