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核微孔防伪技术
        
    为什么核微孔技术安全可靠?
核反应堆 核反应堆控制室
    ☆ 制造设备高度垄断

   核孔膜的制造只能由核反应堆完成。且一般核反应堆不能用来工业化制造核微孔防伪膜,只有特殊结构的反应堆才能用来制造核微孔防伪膜目前国内只有一座核能反应堆能工业化生产核微孔防伪膜。该反应堆隶属于中华人民共和国科学技术部,现由清华大学核能技术研究院管理并从事核技术的研究工作。这一特殊用途的大型设备不仅价格昂贵,而且是国家专控的核技术装备。即使在国际上,也只有极少数核大国才拥有生产核径迹防伪膜的能力。

                 ☆ 防伪方式独特性决定具有不可仿造性
 
   核微孔防伪标识图案由每平方厘米几十万到几百万个微米级微孔组成。微孔在光线下反射形成白色图案。微孔孔径很小,孔数很多,微孔在平面上按统计规律分布,孔道为圆柱形,具有良好的透气、透水性能。通过模拟试验,证明利用激光打孔或机械加工手段,无法制得和核微孔防伪膜类似的产品。

                    ☆ 技术难度高,工艺复杂
 
   核微孔综合防伪标识
的制造过程是一个核物理、光电、生化等多个学科知识交织组合应用的过程,需要强大的科技力量和昂贵的设备支持做保证,其技术难度高,工艺复杂性不是一般的商业企业可以涉足的。

                       ☆ 洁净安全

   核微孔防伪标识,经北京市卫生防疫站放射卫生防护所检测,放射性水平为本底水平,符合国家“GB4795——84 放射卫生防护基本标准作为商品包装(包括食品和药品包装)的防伪标识使用是安全的。


核微孔类标识识别方法


   将核孔膜局部复合在精美印刷膜上模切制成核径迹类标识,其识别方法非常简单。

 A.用钢笔或其他彩色笔在防伪标识上划写涂抹,然后用手或其他物品擦干,则在防伪标识有企业要求图案部分由于颜料进入到微孔结构中,留下相应的颜色,而在没有图案部分不留下任何颜色。因此,标识上面出现企业要求图案(如图1)。

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B.将表层核微孔防伪膜撕下,由于刚刚有颜料透过微孔印染到下面,故,下层标识上出现相同颜色的遗留图案(如图2)。

C.在揭下的核孔膜下面垫上衬纸,同样用上述方法进行检测,则由于颜料的透过,在衬纸上留下相同的清晰标识图案。
D.通过20——80倍的放大镜,观测核径迹防伪膜的图案部分,可以观测到图案是由白色的圆点,随机分布所组成。
E.专家防伪识别方法是将表层防伪膜撕下,在光学显微镜下进行观测,可以观测到核微孔防伪标识的图案部分是由圆柱状微米级微孔组成。测量微孔的孔径和孔密度(可以根据用户的要求改变),微孔孔道的角度和角度分布,就可以鉴别防伪标识的真伪(如图3)。

图3 光学显微镜下进行观测


了解核孔膜制造原理

当高能带电核粒子(裂变碎片)穿过高分子塑料薄膜时,在粒子经过的路径上,塑料高分子链被打断,留下一条狭窄的损伤通道——核微孔。未经处理的原始核微孔无法用显微镜和电子显微镜直接观测到。但由于微孔处的高分子链被破坏,形成很多自由基,化学活性很高,很容易被化学试剂腐蚀,形成能够用显微镜可以观测到的微孔。带电粒子穿过某种物质的过程称为照射,相当照相过程中的感光。化学试剂腐蚀核径迹过程称为蚀刻,相当照相过程中的显影。
图4 某物质的C3在CR-39中留下的径迹的AFM图像

  塑料薄膜中的核微孔经过适当的处理和化学蚀刻条件,就可以控制微孔的密度和孔径的大小。人们发现这种制作的塑料微孔薄膜有很多用途。这种微孔薄膜称为核微孔蚀刻膜(nuclear track-etched membrane),国外商品名Nuclepore membrane 在我国称核孔膜。
  其制造具体流程如下。首先,利用屏蔽反应堆产生的大量热中子轰击铀235靶,使部分铀235的原子核发生裂变,裂变产生的高能裂变碎片以接近光速的速度轰击塑料薄膜,在塑料薄膜中形成径迹损伤。然后,通过图形成象技术,在膜上形成原始的客户所需要的精美图案。最后通过蚀刻技术在塑料薄膜上得到由圆柱状微米级微孔组成的核径迹白色图案膜。             图5 微孔膜蚀刻后的扫描电镜图

 核孔膜具体参数为:

  1. 材质:聚酯(PET)
  2. 微孔孔径:0.004-0.006毫米
  3. 孔密度: 4-8×105 孔/平方厘米
  4. 孔斜度分布: 0~50度
  5. 微孔分布: 随机
  6. 孔斜方向分布: 随机
      
                     核微孔技术的发展历史

  核微孔技术在发展的早期,科学家们用威尔逊云雾室来探测核粒子径迹。即在空腔内充满过饱和蒸气,当核粒子穿过云雾室时,在其经过的路径上留下一条白色的轨迹,然后拍照保留径迹图象。通过测量径迹的距离和方向,便可以知道核粒子的大小、能量和方向。由于云雾室体积大,云雾径迹保留时间短,需要拍照才能留下离子径迹,使用很不方便,后来逐渐被固体径迹探测器所代替。
  六十年代由美国通用电气公司实验室的R.L.FIEischer等人研究了固体径迹探测器,当高能核粒子照射到非导电材料时,在粒子经过的路径上,非导电材料的高分子被打断或晶格被移位,在常温下可以保留相当长时间的核径迹,然后核径迹可以用化学试剂蚀刻显示出来,研究径迹的长短和大小和方向,即可以计算粒子的能量、大小和入射方向。
  R.L.FIEischer等人在研究固体径迹探测器的基础上,发现当核粒子照射并穿透塑料薄膜时,蚀刻后在塑料薄膜上可以形成通孔,可以制成孔径均匀,具有直通孔形的径迹孔膜公司(Nuclepore Corporation),开始进行核孔膜的商品化生产。我国是在八十年代初,作为“六五”科技攻关项目开始制核孔膜,到八十年代末已具备相当规模的生产能力。
  到九十年代,由于产品防伪的市场要求,中山国安火炬科技发展有限公司携清华大学核能技术设计研究院在研究核孔膜的基础上,开展了核微孔防伪膜的研究。利用独特的图形成象技术,即根据用户需要的图案,通过选择性的辐照或蚀刻,在塑料薄膜的局部做成核孔膜,由于微孔对光线的漫反射,形成特定的白色图案。核微孔防伪膜经后期商品化的生产或综合其他防伪技术,得到核微孔综合防伪标识或其他类型的核微孔防伪标识。

 
 
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