基于静电纺丝纳米纤维布的微纳米光学不可克隆防伪标识及其制备方法和应用与流程

本发明涉及防伪技术领域，具体涉及基于静电纺丝纳米纤维布的微纳米光学不可克隆防伪标识及其制备方法和应用。

背景技术：

物联网、云计算等技术的广泛应用和快速发展对信息安全和隐私保护提出更高的要求和挑战。因光学系统具有高速并行处理能力和大容量多维度编码（振幅、相位、波长、衍射距离、角动量和偏振等）等优势，光学加密成为近年来国际新兴的信息安全技术。光学物理不可克隆函数（光学puf）是一种利用具有光学活性的分子标记物给物理实体引入随机图案或独特“指纹”的技术。通过对光学puf器件的读取、记录和存储可以产生大量唯一、稳定可靠且不可预测的激励-响应对（crp）。puf器件的唯一性和不可克隆特性使其天然具备防伪标识功能，可直接用于设备和产品的防伪和认证，也可作为随机数产生器用于密钥生产和数据加密。

申请号为201811121102.3的中国发明专利公开了一种用于防伪标签的光学散斑puf系统：所述用于防伪标签的光学散斑puf系统，包括至少一个光学puf样本、图像采集装置和图像处理装置。申请号为201710907533.1的中国发明专利公开了一种荧光纤维防伪纸及其制备方法，其是利用三苯基吡咯衍生物和聚乙烯醇(pva)混合形成的荧光纤维纸，具体操作步骤如下所示：1）将三苯基吡咯衍生物、聚乙烯醇、良溶剂、去离子水按重量份提取，搅拌混合；2）将步骤1）处理的混合液进行静电纺丝，然后在常温下进行搅拌至粘稠状；3）将步骤2）粘稠状溶液平铺在平板上，静止得到荧光纤维膜；4）将步骤3）形成的荧光纤维膜涂覆在纤维防伪纸上，热压形成荧光防伪纤维纸，其中热压温度控制在180℃，热压时间控制在30min。由上述可知，该专利中静电纺丝是基材，纤维防伪纸的防伪技术仍是传统荧光防伪方法。申请号为201110446033.5的中国发明专利公开了一种数字化纹理防伪纸，该方法制备的防伪纸尺寸较大，无法用于芯片或药品等小型器件或产品的防伪场合，并且纹理图像强烈受限于纤维与基底之间反射率的差异，图像对比度和分辨率通常较弱。

现有技术虽然已有光学散斑用作不可克隆防伪，甚至利用造纸表面粗纤维通过反射存取数据实现不可克隆防伪。但是通过静电纺丝制备添加了荧光粉的发光纳米纤维膜，直接将其自身随机图案用于不可克隆防伪尚无报道。

技术实现要素：

本发明利用具有随机图案的静电纺丝纤维膜作为光响应层制备不可克隆防伪标识，该防伪标识的尺寸为微纳米级，可用于微型产品如芯片或药品的防伪；该防伪标识光学图像为荧光图像，并非传统的反射光图像，辨识度、鲁棒性更高。

本发明的技术方案为：

基于静电纺丝纳米纤维布的微纳米光学不可克隆防伪标识，该防伪标识的结构包括：由下至上依次设置的

基底层，所述基底层为光学基底，具体可采用玻璃、石英、宝石、聚酯、聚二甲基硅氧烷（pdms）或金属反射膜。

光响应层，所述光响应层为含有荧光粉的静电纺丝制成的层结构；所述荧光粉为半导体量子点、钙钛矿量子点、罗丹明b、罗丹明6g或聚芴。

封装层，所述封装层为光学透明胶。

进一步的，所述光学透明胶为硅酮胶或pdms胶。

上述基底层厚度在0.5～5mm之间，光响应层厚度在0.01～0.2mm之间，封装层的厚度为0.5～5mm之间。

上述防伪标识的制备方法为：将含有荧光粉的静电纺丝纳米纤维随机分布在基底上，再用光学透明胶进行封装。

进一步的，将含有荧光粉的静电纺丝液加入到注射器中进行静电纺丝，由微量注射泵控制推进速度为1.5ml/h，纺丝电压为12kv，喷口直径0.7mm，接受距离15cm。

上述防伪标识的应用，包括：

首先，利用光学显微镜对静电纺丝纳米纤维布的随机图案进行拍摄，采用人工智能深度学习并记忆，形成真品数据库；

其次，在商品流通环节，利用光学显微镜拍摄防伪标识结构，然后传输到人工智能数据库，并利用人工智能进行识别；

最后，根据人工智能数据库和真品数据库的相似度自动验证真伪。

进一步的，当人工智能数据库和真品数据库的相似度值大于0.90，判断结果为真。

本发明的有益效果为：

本发明与其他随机纤维结构的优点在于：1.本发明的防伪标识的尺寸为微纳米尺寸，可用于微型产品如芯片或药品的防伪；2.本发明的光学图像为荧光图像，并非传统的反射光图像，辨识度、鲁棒性更高。3.本发明通过人工智能或卷积神经网络等机器学习方法可以生成512位的秘钥，在文件信息加密领域有巨大的应用前景。

附图说明

图1为本发明基于静电纺丝纳米纤维布的微纳米光学不可克隆防伪标识的制备和应用流程。

图2为实施例1制备的具有静电纺丝纳米纤维图案的薄片。图中#1表示标识编号，roi表示感兴趣区。

图3为实施例1的原始图像、真品数据库、认证图像对比。

图4为对比实施例1和本发明实施例2制备的防伪标识的尺寸对比图。（左）对比实施例1尺寸约为4cm²；（右）本发明实施例2标识尺寸约为2500μm²，为对比实施例1的1/160000分之一。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，以便于对本发明技术方案的理解，但并不用于对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1、2所示将粒径为5nm的半导体量子点配成1wt%的甲苯溶液，与5wt%的聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液混合配制成静电纺丝液。将静电纺丝液加入到注射器中在玻璃基底上进行静电纺丝，由微量注射泵控制推进速度为1.5ml/h，纺丝电压为12kv，喷口直径0.7mm，接受距离15cm。采用模切制作标识信息载体，即具有静电纺丝纳米纤维图案的薄片。将静电纺丝膜用硅酮胶进行封装，得到耐候耐磨防伪标识，标识感兴趣区仅有0.01mm²。采用光学显微镜对防伪标识进行读取，人工智能进行学习并记忆特征，形成真品数据库如图3所示。认证时，任意时间、环境和条件下对防伪标识进行再次读取，与真品数据库数据进行比对，待测标识与真品数据库中对应标识的相似度值大于0.90时，判断结果为真（图3）。

实施例2

将粒径为10nm的钙钛矿量子点配成1wt%的甲苯溶液，与5wt%的聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液混合配制成静电纺丝液。将静电纺丝液加入到注射器中在石英基底上进行静电纺丝，由微量注射泵控制推进速度为1.5ml/h，纺丝电压为12kv，喷口直径0.7mm，接受距离15cm。采用模切制作标识信息载体，即具有静电纺丝纳米纤维图案的薄片。将静电纺丝膜用硅酮胶进行封装，得到耐候耐磨防伪标识。采用光学显微镜对防伪标识进行读取，人工智能进行学习并记忆特征，形成真品数据库。认证时，任意时间、环境和条件下对防伪标识进行再次读取，与真品数据库数据进行比对，待测标识与真品数据库中对应标识的相似度值大于0.90，判断结果为真。

实施例3

将罗丹明b配成1wt%的乙醇溶液，与5wt%的聚乙烯吡咯烷酮的水溶液混合配制成静电纺丝液。将静电纺丝液加入到注射器中在铝箔基底上进行静电纺丝，由微量注射泵控制推进速度为1.5ml/h，纺丝电压为12kv，喷口直径0.7mm，接受距离15cm。采用模切制作标识信息载体，即具有静电纺丝纳米纤维图案的薄片。将静电纺丝膜用硅酮胶进行封装，得到耐候耐磨防伪标识。采用光学显微镜对防伪标识进行读取，人工智能进行学习并记忆特征，形成真品数据库。认证时，任意时间、环境和条件下对防伪标识进行再次读取，与真品数据库数据进行比对，待测标识与真品数据库中对应标识的相似度值大于0.90，判断结果为真。

实施例4

将罗丹明6g配成1wt%的乙醇溶液，与5wt%的聚乙烯吡咯烷酮的水溶液混合配制成静电纺丝液。将静电纺丝液加入到注射器中在pdms基底上进行静电纺丝，由微量注射泵控制推进速度为1.5ml/h，纺丝电压为12kv，喷口直径0.7mm，接受距离15cm。采用模切制作标识信息载体，即具有静电纺丝纳米纤维图案的薄片。将静电纺丝膜用硅酮胶进行封装，得到耐候耐磨防伪标识。采用光学显微镜对防伪标识进行读取，人工智能进行学习并记忆特征，形成真品数据库。认证时，任意时间、环境和条件下对防伪标识进行再次读取，与真品数据库数据进行比对，待测标识与真品数据库中对应标识的相似度值大于0.90，判断结果为真。

实施例5

将聚芴（pfo）配成1wt%的甲苯溶液，与5wt%的聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液混合配制成静电纺丝液。将静电纺丝液加入到注射器中在聚酯基底上进行静电纺丝，由微量注射泵控制推进速度为1.5ml/h，纺丝电压为12kv，喷口直径0.7mm，接受距离15cm。采用模切制作标识信息载体，即具有静电纺丝纳米纤维图案的薄片。将静电纺丝膜用硅酮胶进行封装，得到耐候耐磨防伪标识。采用光学显微镜对防伪标识进行读取，人工智能进行学习并记忆特征，形成真品数据库。认证时，任意时间、环境和条件下对防伪标识进行再次读取，与真品数据库数据进行比对，待测标识与真品数据库中对应标识的相似度值大于0.90，判断结果为真。

对比实施例1

参考现有技术（申请号201110446033.5），将直径为80～90μm、长度为3～20mm的红色纤维粘结在胶水上，制备防伪标识。用拍照系统对薄膜上纤维进行拍照，效果如图4所示。受到纤维几何参数和拍照系统空间分辨率限制，对比实施例1的标识尺寸一般在厘米水平，具体的，对比实施例1尺寸约为4cm²。且因纤维的光学反射与背景应有足够大的差异，纤维图像的辨识度会受纤维和基底光学反射性能的强烈限制。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。