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钞票纸的生产是纸币生产的第一步,目前有机薄膜晶体管的发展主要面临两大难题

原标题:从可穿戴设备到纸币防伪,这种技术将走进我们生活的方方面面

收藏纸币,辨别真伪是第一关。

style=”font-size: 16px;”>复旦大学的研究者揭示了导致有机薄膜晶体管性能变化的机制,为进一步改良以有机薄膜晶体管为代表的柔性电子技术开拓了前景,从可穿戴设备到纸币防伪,柔性电子技术将有望走进我们生活。

纸币的印刷属于特种印刷,在中国由人民银行下属的各个印钞厂执行,第三套人民币的印制厂家有北京厂与上海厂,第四套与第五套的印制厂家更多,据爱好者研究总结,第五套人民币的印制厂家共有大约8个。

1965年,英特尔创始人之一的戈登·摩尔(Gordon E.
Moore)提出,集成电路上可容纳的晶体管数目约每两年便会增加一倍。半导体技术已经以符合这种“摩尔定律”的趋势发展了数十年。然而,根据国际半导体技术发展蓝图组织(ITRS)的评估,这种发展势头将会减慢。而另一方面,有机薄膜晶体管(OTFT)作为印制电子关键技术,则在几年间获得了长足进展。

纸币的特殊属性与用途对纸币的质量有严苛的要求。它需要耐水洗,强度大,对化学物品有一定的耐受度,不掉墨,不粘连,同时具有一定的防伪功能。以上所列的每一条都要经过艰苦的攻关才能实现,当然在人民币几十年的历史上各类掉色掉墨的乌龙事件也时有发生。

有机薄膜晶体管研究可追溯到上世纪80年代。由于有机薄膜晶体管有良好的柔韧性,并具备厚度小、能弯曲等常规硅基微电子器件不易具备的特点,相关研究旋即受到广泛关注。复旦大学信息科学与工程学院仇志军副教授与刘冉教授领导的研究小组,继将有机薄膜晶体管的工作速度提升至可实用的量级后,又揭示了影响有机薄膜晶体管性能稳定性的本质机理。

钞票纸的生产是纸币生产的第一步。纸币的物理和化学稳定性主要决定于钞票纸的性质,所以生产出来高强度、厚薄均匀、耐水洗、耐酸碱同时具备一些防伪特征的钞票纸十分重要。各国的钞票纸详细配方大多是机密,但据说人民币的钞票纸原料是95%的棉短绒和5%的木浆,而美元的钞票纸原料是75%的棉短绒和25%的亚麻。成分不同自然颜色与手感也不同。人民币的钞票纸颜色洁白,手感光滑,而美元钞票纸为乳白色-淡黄白色,手感较为厚实。

目前有机薄膜晶体管的发展主要面临两大难题。“一个是迁移率的问题,有机薄膜晶体管导电能力差,因此应用起来就比较困难。另外一个问题在于可靠性,有机薄膜晶体管在应用时可能不稳定。”刘冉教授介绍道:“这些年在提高迁移率方面获得不少进展。近两年我们开始研究第二个问题。”

与钞票纸直接相关的防伪技术有水印、安全线、防伪纤维等,以下分别介绍。

此前国际上对导致有机薄膜晶体管不稳定性的原因众说纷纭,而复旦大学的研究者提出了一个相对具有普适性机制模型:

水印是一种古老的防伪技术,广泛应用于各类支票、纸币、股票、存折、护照中。水印的原理如下:在抄制钞票纸的时候,有意地造成纸张的厚薄不同,这样透光看去,薄的部分颜色亮,厚的部分颜色暗,通过明暗对比形成图案。钞票上常见的水印有两种:满版水印与固定水印。满版水印,顾名思义,均匀而周期性地排布于整张钞票纸上,因此任何一张印好的钱上面都会有一定数量的水印图案。固定水印则是固定地出现在钞票的一个特定部位,对光一照立即就能看到。固定水印的防伪功能更强,但对技术的要求更高,因此在过去只能应用于大面额纸币上。直到第五套人民币发行,固定水印才在从一元到一百元的所有面值中普及。第一套人民币的水印较为复杂,在此不再详述;从第二套到第四套人民币中出现的满版水印有:空心五星水印、梅花五星水印、布币加空心五星水印、国旗五星水印和古钱币水印这五种;固定水印有:国徽固定水印、天安门放光芒固定水印、蒙古族头像、工人头像和毛主席头像这五种。第五套人民币100元和50元的固定水印是毛主席头像,小面额的固定水印是花卉图案。此外第五套人民币还有面额白水印,即5、10、20、50、100的面额数字水印。这种白水印本质上也是一种固定水印。

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防伪纤维应用于纸币上也有很长的历史,一些英美印钞公司制造的民国币就曾经使用过。部分一版币也使用了带彩色纤维的钞票纸。二版、三版、四版币的钞票纸都不含彩色纤维,直到1999版的第五套人民币发行,红蓝彩色纤维才重现于较大面值的纸币上。此外还有一种无色荧光纤维,在紫外光照射下发出明亮的荧光。它首见于第四套人民币的部分后期票券上,也为第五套人民币所继承。

有机薄膜晶体管不稳定性机制模型。

安全线的出现晚于水印和防伪纤维,但极少数的民国币上已有应用。安全线的材质有金属质与塑料质的区别,有些金属质安全线带磁性,便于验钞机鉴别真伪。早期的安全线一般完全嵌入钞票纸中,如1990版50元和100元;近年来的安全线多为开窗式,一段段地浮在钞票纸表面。开窗安全线一般是全息的,上面有随着角度和光照变化而改变色泽的文字和图案。

暴露在空气中的有机薄膜晶体管会与空气中的水和氧气发生接触。在正向电压作用下,水分子和氧分子发生电化学反应,在器件表面形成带负电荷的氢氧根离子(OH﹣),这使得器件中带正电荷的载流子(器件中可自由移动的、带有电荷的物质微粒)被氢氧根离子束缚,导致器件无法正常工作。

钞票纸一旦制作完成,下一步就是印钞了。对于固定水印的人民币钞票纸,一版是35个水印,即印成35张纸币,横向5枚,竖向7枚。印制过程中所采用的技术也很复杂,但常见的主要是胶印和凹印两类。胶印一般用来印制底纹、花符,以及其他一些次要图案,包括一些小面额票券的主景图案。胶印的图案特点是没有厚度,完全浸润结合在纸面上,对光看去部分透光。

而在施加反向电压后,由于氢氧根离子发生逆向反应,被束缚的载流子又重获自由,在器件中正常流动。“晶体管有一个非常重要的功能,就是逻辑操作。原来晶体管是开着的,给它赋予的是1的状态,但过一段时间突然从1这个状态跳到0,这是我们所不希望的。”
仇志军指出:“(载流子)一会儿被锁住,一会儿又会被释放出来,没法控制,所以导致稳定性比较差。”

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