——顯微技術(shù)在鈔票防偽中的應(yīng)用

前期回顧

前兩期內(nèi)容我們通過(guò)顯微分析技術(shù)，探索了防霧霾口罩的微觀結(jié)構(gòu)和顯微鏡下霧霾顆粒的形貌，并且通過(guò)SEM掃描電子顯微鏡與能譜EDS聯(lián)用分析了被口罩所攔下的顆粒的化學(xué)組成。本期我們將繼續(xù)通過(guò)顯微分析來(lái)探索：【為何2009版的美元被稱為最難仿制的貨幣】。

序 言

如下圖所示，【2009版】100美元中新加了一條垂直的藍(lán)色3D防偽條，上面印有深藍(lán)色“100”字樣和費(fèi)城“自由鐘”圖案，變換鈔票角度時(shí)，鐘形圖案會(huì)變成數(shù)字“100”。將鈔票前后傾斜，鐘形圖案和數(shù)字“100”會(huì)左右移動(dòng)。如果左右傾斜，它們將上下移動(dòng)。

新/舊版100美元差別示意圖

這種MOTION安全線采用了目前最新的微透鏡陣列成像技術(shù)，幾乎沒(méi)有辦法進(jìn)行偽造。本期我們將通過(guò)顯微鏡來(lái)對(duì)100元美刀的MOTION進(jìn)行觀察，揭開(kāi)這種微透鏡成像技術(shù)之謎。

一、神奇的變色藍(lán)條——MOTION安全線

本期專題筆者帶著好奇心，把100美刀的鈔票放進(jìn)了我們的ZEISS電鏡下面，來(lái)觀察100美刀上神奇的藍(lán)條結(jié)構(gòu)是否有什么不同。

1. 2009版100元美刀的制樣及觀察范圍

2009版100元美刀的簡(jiǎn)單制樣及觀察部位

廢了不少力氣筆者終于收集到了一張2009版的100元美刀，如上圖所示，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的折疊將它固定在Zeiss電鏡的19孔樣品臺(tái)座上（可以同時(shí)放置19個(gè)小的樣品臺(tái)），之后將它放進(jìn)電鏡中對(duì)右下角圖片中畫紅框的部位進(jìn)行觀察，看這條藍(lán)色的變色條帶在微觀形貌上有什么特別的地方。

2. 微觀形貌結(jié)構(gòu)對(duì)比

藍(lán)條部位（左）與旁邊部位（右）顯微結(jié)構(gòu)差別

在顯微鏡下我們可以看到藍(lán)條部位（上圖左半邊）由很多個(gè)直徑20μm的小球致密有序的排列而組成的，上面還印刷了菱形的有序柵格。而右邊部分在顯微鏡下可以看到是由印刷的特別致密平整的紙漿纖維組成的，肉眼下可見(jiàn)的有序的條紋在電鏡觀察是由很多幾十個(gè)μm的小片組成的。

3. 高倍形貌-元素分析

有藍(lán)條部分（左）和無(wú)藍(lán)條部分（右）形貌及元素差異的對(duì)比

從圖中形貌分析中可以看出藍(lán)條部位與周圍形貌最大的差別就是有了一個(gè)個(gè)規(guī)則排列的圓形小球，這些小球尺寸均一，排列整齊，同時(shí)通過(guò)元素分析我們可以發(fā)現(xiàn)這些小球都是有碳氧有機(jī)物組成的高分子小球，因此可以想象要制作這樣的材料對(duì)工藝的要求非常的高，同時(shí)除了這些小球外，上層還印刷了一層含有“氟、鎂、鋁、鐵、絡(luò)”的金屬印刷條紋，這一條小小的藍(lán)色條帶集成了目前很多的高精端技術(shù)。

右邊的印刷條紋放大了之后可以看到是由一片片片狀的物質(zhì)組成的，這些片狀物質(zhì)的元素也是含“氟、鎂、鋁、鐵、絡(luò)”的金屬物質(zhì)，但是與藍(lán)條上的金屬物質(zhì)形貌差別很大，可以明顯看出這兩種材料是由不同種牌號(hào)的原料和工藝制作而成的。

二、微陣列透鏡成像技術(shù)

美國(guó)2009版100美元采用了6毫米寬的雙通道MOTION技術(shù)，動(dòng)感強(qiáng)烈，既簡(jiǎn)單又明了的大眾防偽技術(shù)，下圖為我們直觀的介紹了微透鏡成像技術(shù)的原理結(jié)構(gòu)圖：

微透鏡成像技術(shù)示意圖

該技術(shù)在透明薄膜的兩面分別制作微透鏡陣列和與之匹配的微圖文陣列，通過(guò)微透鏡陣列對(duì)微圖文陣列的莫爾放大作用成像，形成強(qiáng)烈的動(dòng)感、體視、變換等多種效果，包括上浮、下沉、平行運(yùn)動(dòng)（動(dòng)感效果與移動(dòng)方向一致）、正交運(yùn)動(dòng)（動(dòng)感效果與移動(dòng)方向垂直）、雙通道等。通常透明薄膜要求很薄，一般要求小于50µm, 這就必須要求微透鏡陣列與微圖文陣列的加工精度非常高，常規(guī)的制版和生產(chǎn)工藝無(wú)法滿足要求，只有依靠現(xiàn)代的精密微納加工、UV壓印等特殊的工藝，而且，兩者之間還需要嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)匹配關(guān)系、工藝要求非常高，極難偽造，只有通過(guò)顯微結(jié)構(gòu)分析，對(duì)工藝及條件摸索的很成熟才可以做出來(lái)。

三、后記

蛋白石呈現(xiàn)多種顏色與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系

材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀的光學(xué)性能巨大的改變，一直以來(lái)在自然界中就有存在，從蝴蝶翅膀到陽(yáng)光下五彩繽紛的蛋白石（上圖左），這都是由于這些材料本身的特殊結(jié)構(gòu)所引起的。

我們?nèi)祟愅ㄟ^(guò)對(duì)周圍微觀世界的觀察和思考，模仿自然界的原理，一步步的發(fā)展出了很多先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)，如光纖傳導(dǎo)、數(shù)碼成像、光子晶體等等。。。極大的改變了人類生活的品質(zhì)。通過(guò)運(yùn)用顯微技術(shù)對(duì)微觀世界進(jìn)行觀察，我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，而隨著顯微技術(shù)的不斷成熟和先進(jìn)，我們?cè)谖⒂^世界可以觀察到的信息越來(lái)越多，可以預(yù)見(jiàn)我們的人類今后的生活會(huì)更加的便捷和美好。

下期主題（食品）三選一：

A、不同種類淀粉在顯微鏡下的形貌特征。

B、1元/斤的大米和10元/斤的大米在顯微鏡下有何區(qū)別。

C、轉(zhuǎn)基因大豆與非轉(zhuǎn)基因大豆的微觀形貌觀察。