噴墨打印技術(shù)在量子點(diǎn)防偽標(biāo)簽上的應(yīng)用

2021-02-18 12:47 睿度光電RUIDU
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福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院李福山教授、福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院鄭遠(yuǎn)輝研究員與TCL集團(tuán)工業(yè)研究院錢磊博士合作研究，使用MicroFab的Jetlab*Ⅱ高精度噴墨打印系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一種不可復(fù)制的熒光量子點(diǎn)防偽標(biāo)簽。制備中，墨滴三相接觸線上的隨機(jī)釘扎點(diǎn)是防偽標(biāo)簽成功打印的關(guān)鍵。在溶劑蒸發(fā)時(shí)，三相接觸線被釘扎在釘點(diǎn)周圍，墨水液滴中的量子點(diǎn)就附著在里面，形成不可復(fù)制的（PUF）花狀圖案。




隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于防偽技術(shù)的要求也越來(lái)越高。一種理想的防偽技術(shù)應(yīng)該是廉價(jià)的、無(wú)損的、不可復(fù)制的，以及便于鑒定和大批量生產(chǎn)的。雖然產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種防偽技術(shù)，但能滿足上述要求的技術(shù)卻*少。福州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)論文“Inkjet-printed unclonable quantum dot fluorescent anti-counterfeiting labels with artificial intelligence authentication”的研究成果（發(fā)表于《Nature Communication》）報(bào)告了一種非破壞性、可噴墨打印、人工智能（AI）可解碼和不可復(fù)制的安全防偽標(biāo)簽。

文中應(yīng)用了噴墨打印技術(shù)來(lái)制備熒光量子點(diǎn)，其中墨滴三相接觸線上的隨機(jī)釘扎點(diǎn)是防偽標(biāo)簽成功打印的關(guān)鍵。在溶劑蒸發(fā)時(shí)，三相接觸線被釘扎在釘點(diǎn)周圍，墨水液滴中的量子點(diǎn)就附著在里面，形成不可復(fù)制的（PUF）花狀圖案。量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光電特性，其圖案化在發(fā)光顯示，熒光標(biāo)記和智能傳感領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

量子點(diǎn)薄膜形貌最終決定了其光電器件應(yīng)用，福州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用MicroFab的Jetlab Ⅱ高精度噴墨打印系統(tǒng)，并配合采用直徑30μm的打印噴頭制作出微米級(jí)量子點(diǎn)發(fā)光圖案，創(chuàng)新性地在基板表面構(gòu)建有隨機(jī)分布的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微納米顆粒，作為噴墨打印輸運(yùn)過(guò)程中的聚集釘扎點(diǎn)，強(qiáng)化微米級(jí)墨滴蒸發(fā)流動(dòng)以及量子點(diǎn)組裝過(guò)程中的差異性，形成不可復(fù)制的“花狀”發(fā)光圖案；成功應(yīng)用于低成本、可柔性化、自然條件下隱蔽、具有多重防偽和商業(yè)化價(jià)值的不可復(fù)制的全彩熒光防偽標(biāo)簽。該團(tuán)隊(duì)還提出了一種方便可靠的基于人工智能的驗(yàn)證方法，能夠快速辨別出具有不同清晰度、亮度、旋轉(zhuǎn)、放大等不同參數(shù)的，且具隱蔽性的、不可復(fù)制的花狀發(fā)光圖案。

▲ 圖1 通過(guò)噴墨打?。╥nkjet）制備花狀圖案防偽標(biāo)簽的示意圖

▲ 圖2 光學(xué)特性表征示意圖。a.熒光光譜; b.量子點(diǎn)（QD）墨水在375nm波長(zhǎng)激發(fā)下RGB熒光衰減測(cè)試；c. ITO玻璃基材噴墨打印前后RGB熒光透射光譜；d-i紅光、綠光、藍(lán)光激發(fā)下的熒光圖案，圖中尺寸在cm級(jí)別，是肉眼可見(jiàn)的，且容易被復(fù)制的

▲ 圖3 不可復(fù)制的防偽標(biāo)簽示意圖。a-c 分別為紅，綠，藍(lán)組成的由噴墨打印制備的”FZU”熒光圖案；d-f：局部放大圖像（比例尺為500μm）， g-i：進(jìn)一步放大圖像（比例尺為100μm）?！盕ZU”圖案在宏觀尺度上是相同的，但在微光尺度上是完全不同，即每個(gè)量子點(diǎn)的圖案都是**的。

▲ 圖4 深度學(xué)習(xí)解碼機(jī)制。a.驗(yàn)證識(shí)別過(guò)程示意圖：1:產(chǎn)品的圖像捕獲和數(shù)據(jù)庫(kù)生成；2:人工智能學(xué)習(xí)；3:消費(fèi)者使用他們的智能手機(jī)捕獲產(chǎn)品的圖像；4:由人工智能圖像識(shí)別和比較；5:驗(yàn)證結(jié)果反饋給消費(fèi)者。b-g   6個(gè)單點(diǎn)模式安全標(biāo)簽庫(kù)，h-m 來(lái)自b圖的（稱為真正的產(chǎn)品）具有不同的亮度，清晰度、旋轉(zhuǎn)角度、放大倍以及上述混合因素的6個(gè)圖像，n-s   6個(gè)不在數(shù)據(jù)庫(kù)中的熒光圖像數(shù)（稱為假冒產(chǎn)品）。t, u通過(guò)深度學(xué)習(xí)的認(rèn)證方式識(shí)別標(biāo)簽（h1-h6）和（i1-i6）的識(shí)別率。標(biāo)簽（g1-g6）、（h1-h6）和（i1-i6）分別對(duì)應(yīng)于圖（b-g）、（h-m）和（n-s）中的標(biāo)簽。從藍(lán)色到紅色的顏色刻度表示與標(biāo)簽相匹配的捕獲圖片的分?jǐn)?shù)值（范圍從0到100%）。

總而言之，本文展示了一種非破壞性、可噴墨打印、智能手機(jī)可讀、人工智能可解碼、不可復(fù)制的熒光防偽標(biāo)簽。以II-VI半導(dǎo)體核殼量子點(diǎn)為模型墨水，通過(guò)噴墨打印技術(shù)制備出由紅、綠、藍(lán)發(fā)射陣列組成的各種二維圖案的防偽標(biāo)簽。其中采用隨機(jī)排列的PMMA納米粒子對(duì)打印基材進(jìn)行表面改性是PUF標(biāo)簽成功制備的關(guān)鍵。印刷基板上的聚合物納米粒子作為墨滴三相接觸線的隨機(jī)釘扎點(diǎn)，形成物理上不可復(fù)制的花狀斑點(diǎn)圖案。這種不確定的形成模式保證了安全標(biāo)簽的不可復(fù)制性。利用RGB發(fā)射核殼量子點(diǎn)，可以生成全彩防偽標(biāo)簽，這在以后的生產(chǎn)中可以得到大規(guī)模的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：Yang Liu, Fei Han, Fushan Li, et al. Inkjet-printed unclonable quantum dot fluorescent anti-counterfeiting labels with artificial intelligence authentication[J]. Nature Communication, 2019, 10: 2019
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10406-7


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