纳米量子点推进防伪印刷技术迈上新台阶

文 曲婷 詹仪

纳米量子点推进防伪印刷技术迈上新台阶

文 曲婷 詹仪

随着市场经济的飞速发展，各种商品不断地促进人民的生活水平。但是，假冒伪劣产品却以惊人的速度充斥着商品市场。目前，假冒伪劣商品的交易额约占世界贸易总额的5%～6%，每年高达1500－1800亿美元，给名优企业带来极大损失。传统的材料防伪、印刷防伪、包装防伪、油墨防伪、物理防伪、计算机防伪、网络防伪等已经不能满足现在打假需求。随着纳米材料的发展，发现纳米量子点材料具有防伪功能。纳米防伪技术是在分子原子水平上提高包装印刷防伪性能的高新技术。纳米量子点包装印刷防伪技术具有理想的发展前景，不断地深入研究正是产品市场的需要。

纳米量子点防伪基础及优势

纳米量子点材料性质

量子点结构具有介电限阈效应和量

子尺寸效应，并由此派生出量子点独特的发光特性。量子点的发射波长与化学组成和粒径大小有关，通过改变母核的化学组成和粒子大小，得到400-2000nm的量子点荧光发射波长(如图1)，量子产率在室温下可以达到85%。量子点的应用可以满足不同类型的荧光量子点的实验需求。

图1 相同激发光下不同粒径大小的量子点荧光

量子点的吸收光谱分布较宽，而发射光谱较窄且呈对称分布，半高峰宽只有40nm或更小。不同尺寸的量子点可以被相同波长的光激发并发出不同波长的光，即具有一元激发多元发射性。这样可以同时使用不同光谱特征的量子点，而发射光谱却不出现交叠，或只出现很少交叠。而普通有机荧光分子的荧光谱峰很宽，并且在长边带有很长的拖尾(约100nm)，甚至会出现发射光谱交叠。量子点具有抗光漂白性和光化学稳定性，可以被反复激发，而有机荧光分子却易发生荧光漂白，其发光寿命比普通荧光染料寿命也长。量子点的摩尔吸收系数大，荧光物质对激发光的吸收决定发射强度。

量子点包装印刷防伪技术优势

量子点包装印刷防伪技术作为一种信息安全技术，具有下列优点：

1．隐蔽性

现代防伪技术的隐蔽性主要有感觉隐蔽技术和信息隐蔽技术。感觉隐蔽技术是某些符号信息相对于人的感觉是隐蔽的。在没有特定激发光条件下，没有荧光发射，肉眼无法识别。即使激发光产生荧光，在390-770nm可见光范围之外的近红外波段，肉眼同样无法识别，必须借助防伪检测设备。信息隐蔽技术是采用计算机技术、密码技术、数字法或其他方法将信息隐蔽起来。本文利用密码技术，将信息加载于荧光信号中，在防伪检测系统中利用逆运算方法解码，从而来还原信息。

2．不可重复性

现代防伪技术十分重视不可重复性，即标识防伪和结构防伪的不可重复的一次性使用和质量防伪的不可重复性。合成过程中环境的细微变化对合成后量子点的荧光光谱产生明显影响。因此同一批合成的荧光量子点若进行复制，环境参数必须严格，模仿极其困难；不同批次合成的荧光量子点应用防伪技术，只有设置不同的编码规则来实现防伪功能。

3．编码容量

商品防伪是通过设定编码规则将商品信息加载于荧光信号中。编码容量必须能够满足商品总数的要求，其数据模块中的可供识别编码和信息涂层个数是由因子个数决定。假设数据模块中信息涂层的个数为10，可供编码的识别因子数为8，那么这一系列的编码范围可以从0-1000万，即可以应用于商品总数在1000万以内的防伪，完全可以满足实际需要。

量子点包装印刷防伪技术基本原理

在相同检测条件下，溶液中不同的量子点摩尔浓度会导致受激后的荧光强度不同。在较低的样品浓度下，荧光强度与量子点的摩尔浓度成正比。量子点防伪技术主要参考荧光发射峰位置的光强度值。在信息模块中的量子点涂层呈条状并列分布，包括标准模块和数据模块。标准模块中的量子点的浓度被设置为一个标准值。数据模块中的量子点的浓度是不同的。在相同垂直距离下，受同一光源激发，检测信息模块中各量子点涂层的荧光发射光谱，提取各光谱数据中发射峰位置的光强度值。将数据模块中的发射峰峰值强度值与标准模块中的发射峰光强度相比，则由不同量子的点浓度分别得出各自发射峰位置的光强度值之比。利用特定比值作为防伪标识物，设定编码规则，并将比值编译成特定字符加以利用。

量子点包装印刷防伪技术与条形码技术结合实例

目前，普遍使用的条形码技术是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列成一组信息图形的标识符。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。条形码可以在生产中标注商品、类别、日期、图书分类、生产日期、邮件起始位置、厂家、产品名称等信息，因而在商品流通、邮政管理、图书管理、银行系统等领域应用广泛。条形码外观如图2所示。

图2 条形码外观

图3表示应用新型量子点材料与库德巴条形码相结合的防伪技术。库德巴条形码的每个数字字符具有宽条，因此可以根据荧光量子点防伪技术的编码规则，将特定的荧光量子点混合于条形码的宽条中，这样条形码中就有荧光量子点的防伪信息。库德巴条形码的符号是以起始符开始，终止符结束，中间由可表示某一信息的任意数字字符规则排列的条和间隔构成。起始符和终止符可以选择A、B、C、D、E五个字符中的任意一个或两个。在此仅以数字字符的编码规则为例，库德巴条形码的阿拉伯数字字符均具有一个宽条和一个宽间隔，字符的其余元素都是窄的。库德巴条形码中字符的构成以“条”和“空”排列组合而成，根据防伪技术的编码规则，将荧光量子点隐含于库德巴条形码字符的“条”中，对应相同的数字字符信息。在进行信息检索时，库德巴条形码的字符信息与量子点的字符信息相互印证，达到双重防伪的效果。

图3 库德巴条形码与荧光量子点防伪技术的融合示意图

在对条形码信息进行检索时，通过光源激发，可以依次检测到各个宽条中的荧光信号，提取信号中的防伪标识物信息。计算机通过分析软件处理将信息转译成数字字符信息，而转译的数字字符信息与条形码的字符信息进行比对就可以辨别真伪。在进行荧光量子点的编码时，对0-9的数字字符均进行定义，如图3所示，ABCDE五根宽条中隐含有五种不同浓度的量子点。按照编码规则分别对应数字字符1-5。在防伪检测时，荧光量子点防伪检测系统就可以对五根宽条中的荧光信号进行解码得出数字字符串12345。

条形码技术与荧光量子点防伪技术有机结合，产品信息互相印证，防伪效果不断提升。除了库德巴条形码，目前国内外通用的条形码方式还有唯一标识商品的EAN，UPC码以及Code39码，ITF14码，Code93码等，根据条形码的不同编码方式，可以制定相应的方法将荧光量子点混合在条形码的“条”中，以供防伪检测识别。

（作者单位 山东省日照市曲阜师范大学工学院）