Ученые ИТМО предложили новый метод изготовления защитных меток, который дешевле и быстрее аналогов. В его основе — струйная печать фотонных кристаллов с магнитным управлением. Готовая метка представляет собой жидкую систему с магнитными наночастицами в твердой оболочке, которые с помощью магнита «собираются» в определенный цветной узор. Ученые предполагают, что новый метод будет надежнее существующих. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Optical Materials.
Артем Смирнов. Фото: Диана Савченко
Фотонные кристаллы — перспективный материал в радужной голографии. Самый простой пример — это опал. Минерал состоит из отдельных упорядоченных сфер, которые преломляют свет, — в зависимости от угла освещения цвет камня меняется от красного к синему. Этот эффект можно использовать для создания защитных меток, которые уберегут товары от подделок — например, с помощью изображений на основе магнитных кристаллов, которые можно идентифицировать только с помощью магнита.
Главная сложность в создании таких изображений в том, чтобы адаптировать магнитный материал к способу нанесения и сделать на его основе плоское изображение. Для этого ученые пробовали разные способы — например, 3D-печать. Однако этот метод довольно трудоемкий и требует много времени.
Ученые в ИТМО придумали, как проще и быстрее создавать упорядоченные структуры в плоских изображениях из магнитных кристаллов. Для этого они разработали методику по инкапсуляции магнитного материала в полимерную матрицу с помощью струйной печати. В результате исследователи получили изображения, которые меняют свой цвет от красного до синего в зависимости от расстояния до магнита.
Слева — концептуальная схема работы, справа — варьирование параметров печати. Схема предоставлена учеными
Первым делом ученые придумали, как синтезировать частицы магнетита (магнитный материал, который хорошо преломляет свет в видимом спектре) и использовали сольвотермальный синтез — метод, при котором наночастицы образуются из раствора солей при высокой температуре. Ученые покрыли синтезированные частицы полиакриловой кислотой — стабилизирующим полимером, который отталкивает частицы друг от друга и улучшает их диспергируемость — способность распределяться в растворе. Затем с помощью струйного принтера физики «напечатали» чернила из магнетита в полимерную матрицу, которая затвердевает снаружи и позволяет находящимся внутри чернилам оставаться жидкими и перемещаться.
«По итогу получилась упорядоченная система: если поднести к ней магнит, все магнитные частицы «соберутся» в определенный рисунок, цвет которого зависит от близости магнита: красный, зеленый, синий. Технологию можно использовать в качестве защитных меток, которые легко идентифицировать. Метод позволяет быстро и точно наносить очень маленькие объемы кристаллов на поверхность и создавать на их основе дешевые и простые в изготовлении защитные метки для изделий. Их можно использовать для защиты товаров от подделок, в том числе техники, ювелирных украшений, музыкальных инструментов», — рассказал первый автор статьи, аспирант химико-биологического кластера Артем Смирнов.
Чернила для печати в магнитном поле. Фото предоставлено учеными
Метка меняет цвет в зависимости от расстояния до магнита. Фото предоставлено учеными
В дальнейших исследованиях ученые хотели бы найти более подходящую матрицу для изображений. Сейчас они используют полидиметилсилоксан — это полимер, проницаемый для пара. Это означает, что рано или поздно капельки из жидкой системы испарятся, и магнетит просто останется частичками, которые никак не смогут реагировать на магнит. Решив эту проблему, исследователи смогут увеличить срок службы меток и подойти на шаг ближе к их реальному использованию.