——顯微技術在鈔票防偽中的應用

前期回顧

前兩期內容我們通過顯微分析技術，探索了防霧霾口罩的微觀結構和顯微鏡下霧霾顆粒的形貌，并且通過SEM掃描電子顯微鏡與能譜EDS聯用分析了被口罩所攔下的顆粒的化學組成。本期我們將繼續通過顯微分析來探索：【為何2009版的美元被稱為最難仿制的貨幣】。

序 言

如下圖所示，【2009版】100美元中新加了一條垂直的藍色3D防偽條，上面印有深藍色“100”字樣和費城“自由鐘”圖案，變換鈔票角度時，鐘形圖案會變成數字“100”。將鈔票前后傾斜，鐘形圖案和數字“100”會左右移動。如果左右傾斜，它們將上下移動。

新/舊版100美元差別示意圖

這種MOTION安全線采用了目前最新的微透鏡陣列成像技術，幾乎沒有辦法進行偽造。本期我們將通過顯微鏡來對100元美刀的MOTION進行觀察，揭開這種微透鏡成像技術之謎。

一、神奇的變色藍條——MOTION安全線

本期專題筆者帶著好奇心，把100美刀的鈔票放進了我們的ZEISS電鏡下面，來觀察100美刀上神奇的藍條結構是否有什么不同。

1. 2009版100元美刀的制樣及觀察范圍

2009版100元美刀的簡單制樣及觀察部位

廢了不少力氣筆者終于收集到了一張2009版的100元美刀，如上圖所示，經過簡單的折疊將它固定在Zeiss電鏡的19孔樣品臺座上（可以同時放置19個小的樣品臺），之后將它放進電鏡中對右下角圖片中畫紅框的部位進行觀察，看這條藍色的變色條帶在微觀形貌上有什么特別的地方。

2. 微觀形貌結構對比

藍條部位（左）與旁邊部位（右）顯微結構差別

在顯微鏡下我們可以看到藍條部位（上圖左半邊）由很多個直徑20μm的小球致密有序的排列而組成的，上面還印刷了菱形的有序柵格。而右邊部分在顯微鏡下可以看到是由印刷的特別致密平整的紙漿纖維組成的，肉眼下可見的有序的條紋在電鏡觀察是由很多幾十個μm的小片組成的。

3. 高倍形貌-元素分析

有藍條部分（左）和無藍條部分（右）形貌及元素差異的對比

從圖中形貌分析中可以看出藍條部位與周圍形貌最大的差別就是有了一個個規則排列的圓形小球，這些小球尺寸均一，排列整齊，同時通過元素分析我們可以發現這些小球都是有碳氧有機物組成的高分子小球，因此可以想象要制作這樣的材料對工藝的要求非常的高，同時除了這些小球外，上層還印刷了一層含有“氟、鎂、鋁、鐵、絡”的金屬印刷條紋，這一條小小的藍色條帶集成了目前很多的高精端技術。

右邊的印刷條紋放大了之后可以看到是由一片片片狀的物質組成的，這些片狀物質的元素也是含“氟、鎂、鋁、鐵、絡”的金屬物質，但是與藍條上的金屬物質形貌差別很大，可以明顯看出這兩種材料是由不同種牌號的原料和工藝制作而成的。

二、微陣列透鏡成像技術

美國2009版100美元采用了6毫米寬的雙通道MOTION技術，動感強烈，既簡單又明了的大眾防偽技術，下圖為我們直觀的介紹了微透鏡成像技術的原理結構圖：

微透鏡成像技術示意圖

該技術在透明薄膜的兩面分別制作微透鏡陣列和與之匹配的微圖文陣列，通過微透鏡陣列對微圖文陣列的莫爾放大作用成像，形成強烈的動感、體視、變換等多種效果，包括上浮、下沉、平行運動（動感效果與移動方向一致）、正交運動（動感效果與移動方向垂直）、雙通道等。通常透明薄膜要求很薄，一般要求小于50µm, 這就必須要求微透鏡陣列與微圖文陣列的加工精度非常高，常規的制版和生產工藝無法滿足要求，只有依靠現代的精密微納加工、UV壓印等特殊的工藝，而且，兩者之間還需要嚴格的結構匹配關系、工藝要求非常高，極難偽造，只有通過顯微結構分析，對工藝及條件摸索的很成熟才可以做出來。

三、后記

蛋白石呈現多種顏色與微觀結構的關系

材料的微觀結構對宏觀的光學性能巨大的改變，一直以來在自然界中就有存在，從蝴蝶翅膀到陽光下五彩繽紛的蛋白石（上圖左），這都是由于這些材料本身的特殊結構所引起的。

我們人類通過對周圍微觀世界的觀察和思考，模仿自然界的原理，一步步的發展出了很多先進的光學技術，如光纖傳導、數碼成像、光子晶體等等。。。極大的改變了人類生活的品質。通過運用顯微技術對微觀世界進行觀察，我們的生活發生了翻天覆地的變化，而隨著顯微技術的不斷成熟和先進，我們在微觀世界可以觀察到的信息越來越多，可以預見我們的人類今后的生活會更加的便捷和美好。

下期主題（食品）三選一：

A、不同種類淀粉在顯微鏡下的形貌特征。

B、1元/斤的大米和10元/斤的大米在顯微鏡下有何區別。

C、轉基因大豆與非轉基因大豆的微觀形貌觀察。