光學(xué)變色油墨原理及應(yīng)用

1、光學(xué)變色油墨原理及應(yīng)用1999年10月1日新版人民幣發(fā)行時(shí)，光學(xué)變色現(xiàn)象是鮮為人知的。如今，人們已日漸了解。如果現(xiàn)在拿一百元“紅票子”去買東西，通常會(huì)見到售貨員隨手轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，那是在看光變效果來鑒別真?zhèn)?。我?guó)在新版人民幣100元和50元券上首次采用了光學(xué)變色油墨作防偽，這正體現(xiàn)了當(dāng)今世界的高級(jí)防偽趨勢(shì)。這種油墨似乎有一種與生俱來的高貴品質(zhì)，而受到各國(guó)政府的青睞。事實(shí)上，它的價(jià)格也確實(shí)不菲。一、 變色原理光學(xué)變色油墨的光學(xué)變色效果是由油墨中的光變顏料產(chǎn)生的。光變顏料的主要成分是具有特定光譜特性的光學(xué)變色薄膜碎片。光學(xué)變色薄膜是根據(jù)多層薄膜的光干涉原理設(shè)計(jì)出來；它由多種不同折射率的物質(zhì)，利用高真空鍍膜

2、技術(shù)，根據(jù)特定的膜系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，精確控制各膜層的厚度、配比和順序，依次淀積在同一載體上而形成。它的反射光譜隨入射角的改變而會(huì)發(fā)生變化；即隨著觀察角的變化，光變顏料會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色來。圖1為一多層光學(xué)薄膜結(jié)構(gòu)示意圖，用以討論反射光及相關(guān)的物理量。由薄膜光學(xué)理論得出入射光在各層薄膜界面上的反射光之振幅矢量分別為：r1、r2 e -2i1、r k+1 e -2i（12k），其中r1、r2、r k+1分別是界面兩邊的折射率N0與N1、N1與N2、Nk+1與Nk的函數(shù)，稱為反射系數(shù)。 為各反射光之間的位相差： 1 = 2/·cos 、 、k = 2/·kkcosk 式中：為入射光

3、波長(zhǎng)，、k分別為第一層薄膜及第k層薄膜的厚度（膜厚為納米級(jí)），、k分別為光在第一層和第k層薄膜的入射角（、2、k由0和N0、N1、Nk決定）。多層光學(xué)薄膜的反射率R是各反射系數(shù)r（也即N1、Nk）和位相差（也即、0和、k）的函數(shù)。據(jù)此我們分析如下：. 對(duì)于一個(gè)確定（按需要設(shè)計(jì)成型）的膜系結(jié)構(gòu)來看，其膜層的材料N和厚度d及入射介質(zhì)N0均為已知的定數(shù)，其表面反射率R就只是入射光波長(zhǎng)和入射角0的函數(shù)。圖2 入射角與反射光顏色給定一個(gè)0 ，便可得到該膜系在這一0條件下按波長(zhǎng)分變化關(guān)系示意圖布的反射光譜曲線。即：每個(gè)確定的膜系都具有特定的反射光譜。而這反射光譜將隨入射角0的改變而變化。這就是人造膜系產(chǎn)生

4、的“干涉色”可隨光線入射角和觀察角度的變化而發(fā)生變色的緣由（如圖2所示）。 . 我們可根據(jù)需要進(jìn)行膜系設(shè)計(jì)，合理計(jì)算選配膜層材料及膜層厚度，改變N、d值，來達(dá)到預(yù)定的反射光譜及光學(xué)性能指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)人們對(duì)物體表面反射光譜及光學(xué)性能進(jìn)行控制和選擇的愿望。光學(xué)變色薄膜采用高精密性真空鍍膜工藝生產(chǎn)，經(jīng)粉碎等一系列物理和化學(xué)的處理后，添加特殊的連接料和助劑制成油墨。這種油墨印在承印物上，光學(xué)變色膜粒會(huì)平行排列且上浮墨層表面，保持了光學(xué)變色薄膜的變色特性。這正是光學(xué)變色油墨用于防偽的關(guān)鍵所在。二、產(chǎn)品種類光學(xué)變色油墨印品具有金屬光澤，色塊一般呈現(xiàn)一對(duì)顏色。例如： 紫色變綠色 墨綠色變紫紅色 綠色變紅色 綠色

5、變深藍(lán)色 紅色變金色 紅色變綠色 金色變銀色 黃色變綠色有的色種呈現(xiàn)顏色多達(dá)三種。如：綠紫黃。由于光學(xué)變色顏料粉的片狀和較大粒徑的特性，在印刷油墨的應(yīng)用中存在一定的局限性。目前技術(shù)上已成熟的主要品種有：絲網(wǎng)油墨、普通凹版油墨和雕刻凹版油墨。三、應(yīng)用狀況光學(xué)變色油墨具有制作工藝復(fù)雜、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)極具專業(yè)性、投資巨大的特性，其印品的動(dòng)態(tài)變色效果無法用高清晰度掃描儀、彩色復(fù)印機(jī)及其他設(shè)備進(jìn)行復(fù)制的特點(diǎn)，防偽可靠性極強(qiáng)，因此被世界上多個(gè)國(guó)家用于要求最嚴(yán)、難度最大的貨幣、證件和有價(jià)證券的防偽。1988年版50加元紙幣、1996年版100美元及1998年版20美元的紙幣、1999年版100元及50元人民幣等，均采用了此項(xiàng)防偽防偽技術(shù)。迄今為止，國(guó)內(nèi)被查獲的新版人民幣假幣有六種版本之多，未發(fā)現(xiàn)有使用了光學(xué)變色油墨的。目前，在防偽方面，除政府用途之外，這種曾經(jīng)十分“神秘”的油墨已逐步被一些煙、酒、藥、