способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий

Формула изобретения

Способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий, при котором на ценном изделии формируют защитное средство заданной структуры, которое обеспечивает возможность контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа по магнитным эффектам и детектирование информационных признаков в отклике защитного средства с использованием внешнего магнитного поля, отличающийся тем, что в качестве детектируемого информативного признака используют эффект «гигантского» или «колоссального» изменения магнитного сопротивления изменения магнитного сопротивления защитного средства, а в качестве защитного средства используют пленку, состоящую, либо из чередующихся слоев магнитного и немагнитного материала наноразмерной толщины, либо однодоменных ферромагнитных частиц наноразмерной толщины со случайно ориентированным вектором намагниченности, находящихся в немагнитной матрице, либо вещества с кристаллической структурой LaMnO₃, в котором при легировании La замещают на Са или Sr.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки и может быть использовано для защиты от подделки музейных ценностей, включая картины, ювелирные изделия, а также дорогостоящих лекарственных препаратов, объектов интеллектуальной собственности, банкнот, кредитных и иных ценных бумаг, а также для обеспечения возможности последующего определения их подлинности с использованием технических средств.

Из уровня техники хорошо известны технические решения аналогичного характера.

Так, из уровня техники известны индивидуальные средства защиты документов в виде перфорации, рисунок которой имеет узнаваемые нерегулярности. Перфорацию осуществляют с помощью лазерного луча исходя из обычного рисунка, при этом управление лазером осуществляют посредством ЭВМ таким образом, что каждая перфорация имеет индивидуальную нерегулярность, зависящую от исходной величины, см., например, описание заявки DE № 0368353, B44F 1/12, 1988 (1).

К недостаткам данного способа можно отнести, что они могут быть достаточно легко воспроизведены с высокой степенью соответствия оригиналу с помощью современных средств, широко известных и доступных широкому кругу специалистов.

Так, из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании патента РФ № 2074420, G07D 7/00, G01N 24/08, 27.02.1997 (2). Способ заключается во введении в материал защищаемого предмета или нанесении на него метки, в качестве которой используют стабильный изотоп осмия-187 или его соединение, а определение его наличия осуществляется по ядерным магнитным свойствам. Введение в материал защищаемого предмета или нанесение на него стабильного изотопа осмия-187 может осуществляться в химическом соединении, обеспечивающем постоянную ориентацию магнитных моментов электронных оболочек атомов осмия-187. Данный способ позволяет упростить и удешевить защиту от подделки банкнот, ценных бумаг и документов при обеспечении высокой степени защищенности.

Вместе с тем, из уровня техники известен способ защиты от подделки ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ № 2144216, G07D 7/00, G07D 7/06, G06K 19/08, 10.01.2000 (3). Согласно данному способу в качестве средства защиты используют изотопный индикатор на основе смеси стабильных изотопов. Защитную метку формируют посредством упомянутого изотопного индикатора таким образом, чтобы обеспечивалась возможность контроля ее наличия на защищаемом изделии (при детектировании), по меньшей мере, одним из методов спектрального анализа (например, рентгенофлуоресцентным или люминесцентным методами). Данная защитная метка может быть сформирована непосредственно на защищаемом изделии или независимо от него в любом известном виде и по известным технологиям.

Кроме того, из уровня техники известны технологии аналогичного назначения, раскрытые в описаниях зарубежных охранных документов, например, GB 1193511, JP 9119867, US 4533244.

Также, из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ № 2276409, G07D 7/06, G06K 19/14, 10.05.2006 (4) (ближайший аналог). Согласно данному способу на изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, которая обеспечивает возможность контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа по резонансным эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующим электромагнитным излучением заданной радиочастоты и детектирования параметров определенных информативных признаков в резонансном отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим автоматическим сопоставлением зарегистрированных параметров этих информативных признаков с эталонными значениями. В качестве пассивного защитного средства используют металлизированную, по меньшей мере, трехслойную резонансную фильтровую структуру. В качестве зондирующего излучения используют радиочастоту СВЧ-диапазона, в качестве информативных признаков используют характерные пиковые значения частотной характеристики коэффициентов прямой передачи и обратного отражения.

К недостаткам всех приведенных выше аналогов следует отнести их недостаточную надежность. Это связано, прежде всего, с тем, что современный уровень развития вычислительной, аналитической и множительной техники позволяет воспроизвести с высокой степенью идентичности практически любую ценную бумагу в неограниченном количестве при сравнительно небольших материальных затратах.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение уровня надежности защиты от подделок и копирования ценных изделий.

При реализации данного изобретения достигаются несколько технических результатов, один из которых заключается в повышении степени сложности выполнения защитного средства на ценном изделии с одновременным снижением возможности его подделки, копирования, изменения.

Указанная задача решается тем, что в способе защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий на ценном изделии формируют защитное средство заданной структуры, которое обеспечивает возможность контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа по магнитным эффектам и детектирование информационных признаков в отклике защитного средства с использованием внешнего магнитного поля, согласно данному изобретению в качестве детектируемого информативного признака используют изменение магнитного сопротивления защитного средства, а в качестве защитного средства используют пленку, состоящую либо из чередующихся слоев магнитного и немагнитного материала наноразмерной толщины, либо однодоменных ферромагнитных частиц наноразмерной толщины со случайно ориентированным вектором намагниченности, находящихся в немагнитной матрице, либо вещества с кристаллической структурой LaMnO₃, в котором при легировании La замещают на Са или Sr.

Под магнитосопротивлением понимается эффект, сводящийся к изменению электрической проводимости материала при помещении его в магнитное поле. Это явление в обычных металлах известно уже многие годы и объясняется тем, что электроны проводимости в магнитном поле должны двигаться по спиральным траекториям. Эффект становится заметным только в достаточно сильных полях, при которых траектория электрона существенно искривляется на длине свободного пробега. Длина свободного пробега - это среднее расстояние, на которое смещается электрон в металле под действием электрического поля между двумя соударениями с атомами решетки, дефектами или атомами примеси. Сопротивление материала вызывается рассеянием электронов в таких соударениях, так как их направление движения после соударения изменяется. Магнитосопротивление в металлах наблюдается только в очень сильных полях при низких температурах. Например, в чистой меди при 4К проводимость меняется в 10 раз /1/.

Однако ситуация изменилась в 1988 году с открытием того, что сейчас называют «гигантским» магнитосопротивлением в материалах, искусственно созданных путем осаждения на пленку чередующихся слоев ферромагнитного и неферромагнитного металлов нанометровой толщины.

Эффект «гигантского» магнитосопротивления возникает из-за зависимости рассеивания электронов от направления их спина по отношению к вектору намагниченности. Электроны, спин которых направлен противоположно направлению намагниченности, рассеиваются сильнее, чем те, спин которых сонаправлен с вектором намагниченности. Приложение постоянного магнитного поля вдоль слоев ориентирует векторы намагниченности в всех слоях в одном направлении. Электроны проводимости, спин которых направлен в сторону, противоположную намагниченности, рассеиваются на границах металл-ферромагнетик сильнее, чем со спином в направлении намагниченности. Так как оба канала работают параллельно, канал с меньшим сопротивлением определяет полное сопротивление материала /1, 2, 3/.

Материалы, состоящие из однодоменных ферромагнитных наночастиц со случайно ориентированным вектором намагниченности, находящихся в немагнитной матрице, также обладают «гигантским» магнитосопротивлением. При помещении таких материалов в магнитное поле, вектора намагниченности ферромагнитных частиц наноразмерного уровня ориентируются по полю, что уменьшает электрическое сопротивление. Влияние магнитного поля на сопротивление увеличивается при увеличении напряженности магнитного поля и уменьшении размеров магнитных частиц /1, 2, 3/.

Суть заявленного способа заключается в использовании для идентификации подлинности ценных изделий магнитных свойств материалов рассмотренных структур. Такими свойствами являются их «гигантское» и «колоссальное» магнитосопротивление при воздействии внешнего магнитного поля.

Ниже приводится описание графических материалов, никоим образом не ограничивающих все возможные варианты реализации изобретения.

На фиг.1 приведены схемы структур, в которых наблюдается «гигантское» (а, b) и «колоссальное» (с) магнитосопротивление, где

a) чередующиеся слои немагнитного материала с ферромагнитными слоями, намагниченными в противоположных направлениях (направление намагниченности указано стрелками);

b) случайно ориентированные ферромагнитные наночастицы (большие кружки) в немагнитной медной матрице (маленькие кружки);

c) кристаллическая структура LaMnO ₃, в которой при легировании Са или Sr, замещающих La, наблюдается «колоссальное» магнитосопротивление.

На фиг.2 показана зависимость электрического сопротивления R(B), нормированного на значение при нулевом поле R(0), многослойной Fe-Cr системы от магнитного поля, приложенного параллельно поверхности слоев.

На фиг.3. приведена зависимость R от приложенного магнитного поля для тонкой пленки частиц кобальта наноразмерного уровня в медной матрице.

На фиг.4 приведена зависимость удельного сопротивления образцов La-Ca-Mn-O от приложенного магнитного поля в районе точки кюри (250К).

На фиг.5 и 6 представлены варианты детектирующих устройств.

Для обозначения элементов электрических схем приняты следующие обозначения:

ЗС - защитное средство,

ЗИ - защищаемое изделие,

ПЗС - подложка защитного средства,

КПЗС 1, 2 - контактные площадки ЗС,

RM - магнитосопротивление ЗС,

G - гальванометр,

R_уст - установочное сопротивление,

ИПН - источник постоянного напряжения,

RC-Г - RC-генератор,

С - емкость электрического конденсатора,

УЗЧ - усилитель звуковых частот,

АИ - акустический излучатель,

М - магнит.

В качестве примера возможного принципа формирования защитного средства может быть рассмотрена пленка из материалов, имеющих структуры, обеспечивающих проявление эффектов «гигантского» и «колоссального» магнитосопротивления, с двумя металлизированными площадками для подключения защитного средства к детектирующему устройству. Контроль подлинности защитного средства осуществляют, например, по изменению величины электрического сопротивления защитного средства при воздействии на него внешнего магнитного поля.

В простейшем случае, для детектирования защитного средства может быть предложена цепочка из источника постоянного тока и гальванометра. При воздействии на указанное защитное средство внешнего магнитного поля, его сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению силы тока в электрической цепи, которое регистрируется гальванометром. Факт изменения (увеличения) силы тока в указанной электрической цепи при воздействии магнитного поля является идентификационным признаком подлинности защитного средства.

Если сопротивление защитного средства включить в частотозадающую цепь RC-генератора, при воздействии на защитное средство внешнего магнитного поля изменится частота RC-генератора, так как изменится сопротивление частотозадающей цепи. Факт изменения частоты RC-генератора при воздействии внешнего магнитного поля также является идентификационным признаком подлинности защитного средства.

Ниже приводятся примеры реализации заявленного изобретения, никоим образом не ограничивающие все возможные варианты его осуществления.

Для реализации способа защиты ценных изделий, в частности банкнот, кредитных документов и иных ценных бумаг, выбирают структуру защитного средства, наиболее подходящую для защищаемого устройства. Могут быть использованы различные известные из уровня техники варианты и способы формирования и нанесения защитного средства.

Предположим, что защитное средство выполняется в виде пленки, изготовленной с использованием одной из структур ферромагнитных наноматериалов, обладающих свойством «гигантского» или «колоссального» магнитосопротивления (см. фиг.1).

На краях пленки известным современному уровню техники способом, например осаждением металлов, напылением и др., формируются контактные площадки. Вся структура защитного средства может располагаться на подложке, служащей, например, для его «крепления» к поверхности защищаемого объекта.

Варианты электронных схем устройства для контроля подлинности защищаемого объекта приведены на фиг.5, 6.

Положительным результатом детектирования защитного средства для варианта электрической схемы на фиг.5 является увеличение электрического тока в электрической цепи при воздействии на защитное средство магнитного поля, направленного вдоль него (см. фиг.5). Увеличение величины электрического тока регистрируется гальванометром G. С этой целью при нулевом внешнем магнитном поле с помощью R_уст выставляется «нулевое» показание G. При наличии внешнего магнитного поля сопротивление RM уменьшается (см. фиг.2-4), что приводит к уменьшению общего сопротивления в электрической цепи и, соответственно, к увеличению в ней величины постоянного тока.

Положительным результатом детектирования защитного средства для варианта электрической схемы на фиг.6 является изменение тональности звучания звукового сигнала АИ при воздействии на защитное средство магнитного поля, направленного вдоль него (см. фиг.6). Это происходит вследствие того, что при неизменном значении электрической емкости С, величина которой выбрана из условия нахождения частоты RC-генератора в диапазоне звуковых частот, при воздействии внешнего магнитного поля сопротивление RM уменьшается (см. фиг.2-4), в результате чего частота звукового генератора увеличивается, так как в RC-генераторах она пропорциональна .

Таким образом, использование предлагаемого способа защиты ценных изделий от подделок обеспечивает гарантированную защиту ценных изделий от подделки и дает возможность определения их подлинности с помощью простых технических средств.

Литературные источники

1. Ч.Пул, Ф.Оуэнс. Мир материалов и технологий. Нанотехнологии, М.: Техносфера, 2004.

2. С.А.Никитин. Гигантское магнитосопротивление. Соросовский образовательный журнал, том 8, № 2, 2004.

3. С.М.Дунаевский, А.Л.Малышев и др. Колоссальное магнитосопротивление системы Sm_1-x Sr_xMnO₃. Физика твердого тела, том 39, № 10, 1997.