| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2169667
СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ приховані ОБРАТИМОГО ЗОБРАЖЕННЯ
Ім'я заявника: Санкт-Петербурзький державний технологічний інститут
Ім'я винахідника: авріленко І.Б .; Ерузін О.О .; Рязанцев С.С .; Удалов Ю.П.
Ім'я патентовласника: Санкт-Петербурзький державний технологічний інститут
Адреса для листування: 198013, Санкт-Петербург, Московський пр., 26, С. Петербурзький держ. технологічний інститут (ТУ), ОНТИ і ОІВ
Дата початку дії патенту: 1999.05.11
Винахід відноситься до створення оборотних зображень, які можна спостерігати при одних фізичних умовах і робити невидимими при інших. Суть винаходу: гідрофільні ділянки відповідно до контурами зображення створюються за рахунок плівки товщиною 50-200 нМ. Гідрофільна плівка наноситься або в плазмі тліючого розряду на постійному або змінному струмі, або з розчину гідрофільного речовини. У разі застосування плазмохимического процесу гідрофільна плівка складається з металлоксідних шарів на поверхні. Режим нанесення: вакуум при парціальному тиску повітря або аргону 10 Па, матеріал катода - сталь, титан, вольфрам або алюміній, напруга при високочастотному розряді 400-1000 В, а для розряду постійного струму напруга 1000-3000 В. Струм розряду в обох випадках 0 , 1-1,0 А. В разі використання гідрофільних речовин плівка складається з молекул сахарози, хлористого магнію, хлористого кальцію або аналогічних гідрофільних речовин. Прояв зображення відбувається за рахунок оптичного контрасту в атмосфері насиченої водяної пари між ділянками, покритими плівкою води (гідрофільні ділянки) і покритими крапельками води (гідрофобні ділянки). Зазначені ознаки забезпечать надійність захисту документів, цінних паперів від несанкціонованого відтворення і підробки.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до способів створення оборотних зображень, які можна спостерігати при одних фізичних умовах і робити невидимими при інших.
Відомий спосіб створення оборотних термочутливих зображень за рахунок різної прозорості і відбивної здатності неорганічного або органічного речовини закристаллизовавшегося в полі- або монокристаллическом стані (патент США 5837348 з пріоритетом від 17.11.1998 р). В цьому патенті плівка товщиною близько 20 мкм, що складається з мікрокапсул, що містять всередині низькомолекулярних речовин (наприклад, бегеновая кислоту в оболонці вініл хлориду-вініл ацетату), нагрівалася до 100 o C (вище температури плавлення бегеновой кислоти) і швидко охолоджувалася до кімнатної температури. В результаті зображення реєструвалося за рахунок помутніння мікрокапсул (при кристалізації в процесі охолодження утворюються опалові полікрісталли). Повторне нагрівання до 80 o C і повільне охолодження переводило мікрокапсули в прозоре стан (кристалізація в цих умовах призводила до утворення в мікрокапсулах прозорих монокристалів). За рахунок контрасту прозорих і опалових мікрокапсул можна створювати зображення. Недоліком такого способу створення зображення є необхідність нагрівання в досить вузькому інтервалі швидкостей, низька стійкість плівки з мікрокапсул до механічних і радіаційного впливу (зокрема, до ультрафіолетового випромінювання). Відомо застосування для тих же цілей термочутливих солей (наприклад, Ag 2 HgI 4 або Cu 2 HgI 4), які змінюють своє забарвлення при нагріванні вище 80 o C. Застосування цих речовин має насамперед той недолік, що вони містять в собі екологічно небезпечний елемент ртуть. Закріпити ці солі на поверхні виробу досить складно.
На іншому фізичному принципі засновано зміна оптичних властивостей поверхні за рахунок надання їй гідрофільності або гідрофобності. Способи надання гідрофільних або гідрофобних властивостей добре відомі. Це або нанесення на поверхню гідрофільних композицій для збереження прозорості дзеркала автомобіля при попаданні крапель води - патент США 5594585, або нанесення на поверхню вінілового полімеру з гідрофільної групою (патент США 5624627), або шляхом проведення на поверхні виробу реакції дегідрохлорування (патент США 5716704). Аналогічний результат отримують шляхом синтезу на поверхні напівпровідника гідрофільного речовини в результаті опромінення самочинного кислотою шару KrF-ексимерним лазером - патент США 5741628. Всі ці способи відрізняються складною багатоопераційної технологією і не спрямовані на отримання зображення.
Відомо застосування прихованих зображень для захисту торгової марки. Вони створюються складними поліграфічними прийомами. Такими як, створення багатошарового покриття з прихованою конфігурацією, яка стає видимою в момент перенесення на новий носій (патент США 5020831). Такий спосіб прояви зображення різко ускладнює перевірку справжності рядовим споживачем, так як вимагає застосування спеціальних технічних засобів та відповідних знань.
Найбільш близькими за технічною суттю пропонованого винаходу є патент США N 5677106 "Imprinting product with tamperproof seal method of producing product " і патент США 5642530 "Non-fogging goggles" У першому винахід на літографську друковану плату в результаті багатостадійного технологічного процесу наносяться гідрофільні і олеофільние плівки . Олеофільний шар чутливий до опромінення світлом. Опромінення формує зображення. Неекспоновані ділянки хімічно видаляються, що звільняє пористу гідрофільну поверхню. Зображення створюється за рахунок змочування цих ділянок друкарською фарбою. Отримане зображення залишається після цього фіксованим. У патенті США N 5642530 на поверхні скла очок створюється спочатку поліефірна або полікарбонатна плівка, на яку потім наноситься гідрофільна композиція знижує контактний кут змочування води майже до нуля. В результаті краплі дощу розтікаються по всій поверхні і скло очок залишається прозорим.
Недоліками прототипів є те, що для створення зображення використовується багатостадійний тривалий процес (многостадийность при нанесенні гідрофільного і гідрофобного шарів, опромінення електромагнітним випромінюванням з подальшим хімічним натравлюванням). Такі процеси екологічно не безпечні. Крім того, в патенті 5642530 поверхню, на яку наноситься зображення, повинна бути пористою. При цьому створюється постійно видиме зображення, яке легко несанкціоновано відтворити і підробити.
Завдання цієї розробки: отримувати і візуалізувати силуетні приховані зображення на полірованій поверхні скляних, керамічних, полімерних, мінеральних або металевих виробів.
Це досягається тим, що отримання прихованого оборотного зображення відбувається шляхом нанесення на поверхню виробу тонкої гідрофільної плівки з потрібним контуром, для чого виріб поміщають в плазму тліючого розряду або розчин гідрофільного речовини на час, необхідний для отримання гидрофильной плівки товщиною 50-200 нм. Крім того, гидрофильную плівку можна наносити при плазмохимической обробці в тліючому розряді в вакуумі при парціальному тиску повітря або аргону 10 Па, матеріалі катода - сталь, титан, вольфрам або алюміній, напрузі 400-1000 В для високочастотного розряду і 1000-3000 В для розряду постійного струму, струм розряду 0,1-1,0 А.
Для прояву зображення використовується оптичний контраст між гідрофільними і гідрофобними ділянками, що виникає при стіканні по поверхні води, або покривання поверхні масляною плівкою або барвником пігментом, або при конденсації на поверхні виробу крапельок води з пересичені водяної пари (наприклад, при диханні людини). Гідрофільні плівки, отримані плазмохімічним способом, стійкі до впливу більшості хімічних реагентів і розчинників за винятком плавикової кислоти і суміші азотної і соляної кислот. Плівки, нанесені з розчину гідрофільного речовини, видаляються відповідним розчинником. Силует наноситься будь-яким пишучим пристроєм або через трафарет.
Фізична суть процесу створення зображення полягає в тому, що в умовах вакуумного розряду поверхню виробу бомбардується іонами металу катода і збудженими атомами, молекулами і радикалами плазмообразующего газу. В результаті з поверхні твердого тіла видаляються всі сорбованих забруднення. Поверхневі атоми підкладки з обірваними некомпенсованими зв'язками вступають в хімічну взаємодію з іонізованими і збудженими частками плазми розряду. Процес необхідно вести до тих пір, поки на відкритих (не захищених маскою-трафаретом) місцях поверхні утворюється дуже тонкий (товщиною від 50 до 200 нм) шар, що містить атоми матеріалу катода і компонентів газового середовища. Для цього процес ведуть у вакуумі 5 10 Па і розряд між катодом і анодом відбувається на постійному струмі напругою понад 1000 В і силі струму більше 0,1 А або розряд відбувається на змінному струмі напругою понад 400 В при силі струму більше 0,05 А . Параметри вакуумного електричного розряду (напруга, вид струму - постійний або змінний, склад реакційного газу, відстань катод-мішень) визначаються матеріалом вироби. Матеріал катода може бути будь-яким (сталь, титан, вольфрам, алюміній і т.п.). Час обробки визначається бажаної ступенем контрастності зображення при прояві. Однак товщина гидрофильной плівки не повинна перевищувати 200 нм. В іншому випадку гідрофільна плівка стає видимою і порівняно легко стирається з поверхні. У той же час гідрофільні плівки товщиною менше 200 нм мають високу адгезію і міцністю до стирання. При товщині гидрофильной плівки менше 50 нм не спостерігається достатнього контрасту в гідрофільних властивостях з необробленою поверхнею.
Такий же результат може бути отриманий шляхом нанесення гідрофільної плівки на поверхню з розчину, який потім висушується, а після висушування утворює прозору гідрофільну плівку на заданих ділянках поверхні.
І в тому, і в іншому випадку товщина плівки повинна бути такою малою, щоб не давати видимого оптичного контрасту в порівнянні з чистою поверхнею матриці ні в що проходить, ні в відбитому світлі, ні при косому освітленні. Неозброєним оком ця плівка не видима, але її спорідненість до води і інших рідин відрізняється від необробленої поверхні (тобто від закритої трафаретом).
Для прояви (візуалізації) зображення необхідно потрапляння на поверхню рідини або крапельок конденсується пара (наприклад, від дихання людини), тоді через різницю в гидрофильности сусідніх ділянок поверхні розміри і форма крапель будуть різко відрізнятися, що забезпечує оптичний контраст у відбитому та прохідному світлі .
Пропонований спосіб відпрацьований на лабораторних установках.
приклад 1
На знежирену поверхню виробу з нержавіючої сталі наносили маску-трафарет з контурами зображення або написи. Зразок встановлювали в вакууміруемую камеру установки тліючого розряду перпендикулярно потоку частинок від катода. Матеріал катода - мідь. Створювали вакуум 0,006 Па і потім напускали повітря до тиску 10 Па. Після цього подавали на катод ВЧ-розряд з частотою 6 МГц (напруга 500 В, сила струму 0,1 А) протягом 300 с. В результаті на відкритих поверхнях сталевого виробу формувалася металооксидних гидрофильная плівка. Зображення стає видимим тільки після появи на поверхні крапельок води з насиченої пари або забруднення маслом. Гідрофільні ділянки покриваються в цих умовах плівкою води або дуже дрібними крапельками води, тоді як інша поверхня покрита великими краплями. Це створює оптичний контраст у відбитому світлі. Масло, навпаки, не змочує гідрофільну поверхню і утворюється негативний по відношенню до проявленій водою зображення. Після очищення поверхні від слідів води або масла поверхня стає знову оптично однорідна (тобто зображення стає невидимим) і так можна повторювати незліченну кількість разів.
приклад 2
На поверхні знежиреного віконного скла наноситься маска-трафарет з прорізаними контурами зображення або тексту. Скло після цього поміщається у вакуумну камеру установки тліючого розряду постійного або змінного струму перпендикулярно потоку частинок від катода на відстані 5-20 см. Створюється вакуум до 0,006 Па, потім напускається суміш реакційних газів за прикладом 1 до тиску 1 Па. Після цього подавали на катод з титану напруга постійного струму 1500 В, сила струму 1 А. Через 60 з припиняли розряд. В результаті на поверхні скла утворювалася гідрофільна плівка, що володіє всіма властивостями за прикладом 1.
приклад 3
На поверхню полірованого граніту наносили маску-трафарет з контурами зображення. Зразок встановлювали в вакуумну камеру установки тліючого розряду перпендикулярно потоку частинок від катода з алюмінію. Створювали вакуум 0,006 Па і потім напускали до 100 Па аргон (можливо, використовувати реакційний газ за прикладом 1). Потім подавали напругу на катод 1000 В з частотою 50 Гц. Через 200 з на поверхні формується приховане зображення за рахунок утворення гідрофільній металлоксідной плівки за прикладом 1.
приклад 4
На поверхню скла наносили текст або силуетне зображення будь-яким пишучим пристроєм або кліше, як барвника в яких використовували будь-безбарвне гидрофильное речовина, що володіє адгезією до скла (наприклад, розчин сахарози в воді з концентрацією 5-50%). Зразок після цього висушується при температурі 100-200 o C протягом 10 хв. Потім струменем води змивали надлишок "фарбувального" речовини. Отримана невидима гідрофільна плівка ставала видимою в насиченій водяній парі або під струменем води аналогічно прикладу 1.
приклад 5
На поверхню фарфорового глазурованого вироби наносили текст або контурне зображення за допомогою кліше, на якому знаходився розчин гідрофільного речовини. Склад розчину: насичений розчин хлористого магнію в 90% етиловому спирті з додаванням гліцерину (співвідношення обсягів спиртового розчину і гліцерину 4: 1). Зразок висушується на повітрі 3 хв. Зображення ставало невидимим, але виявлялося в насиченій водяній парі.
приклад 6
Те ж, що і в прикладі 5, але склад розчину: цапонлак N 951 та хлористий кальцій в співвідношенні 9: 1. Спосіб нанесення і візуалізації той же.
Як видно в прикладах 1-6, поставлена мета досягається як нанесенням гідрофільної плівки з плазми, так і з розчину. Плівка, отримана плазмохімічним способом, відрізняється високою стійкістю до стирання і радіаційного впливу (особливо до ультрафіолетового випромінювання). Плівки, отримані з розчинів (і, отже, зображення на їх основі) мають невисоку стійкість до стирання і високою стійкістю до радіаційного впливу. Плазмохімічні плівки за прикладами 1-3 не розчиняються в жодному відомому розчиннику, але можуть віддалятися травленням у фтористо-водневої або плавикової кислоті. Плівки з розчинів гідрофільних речовин можуть бути видалені шляхом кип'ятіння у воді. Використання винаходу дозволяє отримувати приховане оборотне зображення на будь-якій твердій полірованій поверхні.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб отримання прихованого оборотного зображення шляхом нанесення на поверхню виробу тонкої гідрофільної плівки з потрібним контуром, що відрізняється тим, що виріб поміщають в плазму тліючого розряду або розчин гідрофільного речовини на час, необхідний для отримання гидрофильной плівки товщиною 50-200 нм.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що гидрофильную плівку наносять при плазмохимической обробці в тліючому розряді в вакуумі при парціальному тиску повітря або аргону 10 Па, матеріалі катода - сталь, титан, вольфрам або алюміній, напрузі 400-1000 В для високочастотного розряду і 1000-3000 В для розряду постійного струму, струм розряду 0,1-1,0 А.
Версія для друку
Дата публікації 16.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.