[发明专利]基于水凝胶直接打印平台及实现光学图像信息安全的方法

说明书

本发明公开了一种基于水凝胶直接打印平台及实现光学图像信息安全的方法，所述水凝胶直接打印平台由金属‑聚乙烯醇‑金属三层薄膜组成，利用电子束曝光技术，可以直接打印出阶梯式水凝胶纳米微腔，用于结构色的生成；所述聚乙烯醇层作为典型的水凝胶，能够吸收水分子发生溶胀行为；所述实现光学图像信息安全的方法，包括：一次性光学信息传递和光学图像隐藏。通过电子束曝光技术在水凝胶纳米微腔上打印出光学图像信息，当信息传递完成后，可利用环境湿度变化对信息进行即时的破坏，达到一次性光学信息传递。进一步地，利用相对湿度带来阶梯式纳米微腔的结构色变化，可实现光学图像的隐藏和解密。本发明可应用于光学信息安全、加密和防伪等领域。

技术领域

本发明涉及薄膜光学技术领域，具体涉及一种基于水凝胶直接打印平台及实现光学图像信息安全的方法。

背景技术

金属-电介质-金属三层薄膜结构组成的纳米微腔，基于法布里-珀罗(Fabry–Pérot，FP)干涉原理，可以对入射光的光谱进行滤波操作。通过调整电介质层的厚度来改变共振腔长，金属-电介质-金属纳米微腔可以实现丰富色彩的结构色(Li Z,Butun S,AydinK.Large-area,lithography-free super absorbers and color filters at visiblefrequencies using ultrathin metallic films[J].ACS Photonics,2015,2(2):183-188.)。此外，利用微纳加工技术制造出具有不同腔长的阶梯式纳米微腔，并对其进行空间排布，可以获得彩色的光学图像，以用于光学信息显示。同时，微纳结构产生的结构色与色素着色相比，具有不褪色、环保等优点。

然而，基于金属-电介质-金属架构的纳米微腔缺少主动调控能力，即一旦结构加工完成，其产生的结构色固定且无法更改，这限制了其进一步用于一次性光学信息传递、光学图像隐藏等光学信息安全领域，亟待新的创新和革命。水凝胶作为一种亲水性材料，可以吸收水分子发生膨胀，能够赋予FP型纳米微腔主动调控的能力，有望拓展FP型纳米微腔在结构色显示以及光学信息安全中的应用。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种基于水凝胶直接打印平台实现光学图像信息安全的方法。该水凝胶直接打印平台，利用聚乙烯醇水凝胶作为FP型纳米微腔的中间层，构造出金属-聚乙烯醇-金属三层薄膜纳米微腔架构，利用电子束曝光技术，直接打印金属层-聚乙烯醇层-金属层三层薄膜，可获得阶梯式纳米微腔。利用结构色产生的图案携带光学图像信息以及聚乙烯醇独特的吸水特性，实现光学图像信息安全的传递。

具体地，本发明基于水凝胶直接打印平台提供了实现光学图像信息的安全的方法，以实现一次性光学信息传递和光学图像信息隐藏。

为实现上述功能及目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种基于水凝胶直接打印平台，其特征在于：所述打印平台通过如下方法设计得到：

通过电子束曝光技术，直接打印金属-聚乙烯醇-金属三层薄膜结构，利用不同的曝光剂量，能获得阶梯式水凝胶纳米微腔结构，以用于结构色的生成；

对阶梯式水凝胶纳米微腔进行空间排布设计，使其携带光学图像信息；

当环境湿度增加或者过饱和时，根据设计能实现两种光学图像信息安全，包括一次性光学图像传递和光学图像隐藏。

作为优选方案，所述水凝胶直接打印平台由金属-聚乙烯醇-金属三层薄膜结构组成，并依次放置在二氧化硅基底上以构成FP型纳米微腔；

所述金属-聚乙烯醇-金属三层薄膜结构均为微纳尺寸；

所述聚乙烯醇层的厚度由电子束曝光剂量定制；