СПОСОБ ЗАЩИТЫ ДОКУМЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ
METHOD OF DOCUMENTS PROTECTION BY MAGNETIC NANOPARTICLES

Изобретение относится к способам защиты документов, изготовленных на бумаге, картоне и т.д. с использованием красителей, чернил и т.д., путем нанесения на их поверхность текстов, символов, кодов, выполненных вручную или с помощью какого-либо печатающего устройства.
Известны многочисленные способы, препятствующие подделке оригиналов документов или созданию их незаконных копий. Первоначально защиту осуществляли путем использования специальных сортов бумаги (пергаментов, папирусов) и заверения их различными печатями либо создавали на бумаге систему водяных знаков. Дальнейшее развитие этого направления можно проследить на примере увеличения числа степеней защиты денежных ассигнаций: с этой целью используют водяные знаки, включение в состав бумаги цветных волокон, металлизированных полос, нанесение надписей в виде микроотверстий и использование сложных микроузоров, голографических знаков, изменяющих окраску при освещении под различными углами падения света. Основными недостатками этих способов являются: их легкая различимость, локализация на отдельных частях документа, высокая сложность нанесения, требующая использования специальной техники. Кроме того, указанные защитные меры легко могут быть нарушены или искажены на защищаемом документе, что приведет к проблеме признания его подлинности.
Известен также способ, основанный на использовании магнитных кодов, записываемых на магнитный носитель, представляющий собой специальную полосу магнитного материала, которую наносят на поверхность кредитных карт, удостоверений, проездных билетов и т.д. Основным недостатком указанного способа является низкая механическая прочность магнитной полосы: при изгибах, растяжениях в полосе возникают нарушения целостности, приводящие к размагничиванию и утере информации. Записанная информация представляет собой код, состоящий из некоторых символов, которые могут быть утеряны при размагничивании во внешнем электромагнитном поле либо похищены ввиду распространенности считывающих устройств. Кроме того, магнитная защита при использовании указанного способа локализована только на части документа, позволяя тем самым в принципе изменять содержание иных его частей.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, описанный в [1]. Он заключается во введении в составные части бумаги (защищаемого документа) ферромагнитных компонентов, которые добавляют в краску, в результате чего они приобретают магнитные свойства. Диагностика наличия ферромагнитных компонентов и их топографического распределения осуществляется с помощью детекторов, встроенных в соответствующие устройства, или специальных визуализаторов типа «Магнитоскоп 2». Эти детекторы работают на основе эффекта Фарадея - вращения плоскости поляризации света при прохождении через магнитную среду.
Недостатками прототипа являются:
- локализация средств защиты только на отдельных фрагментах документа, что оставляет возможность изменения содержания или вида всех незащищенных его частей;
- усложнение процедуры изготовления документа: нанесение защиты по предлагаемому способу представляет собой отдельную технологическую операцию, выполняемую в несколько этапов;
- деградация с течением времени магнетооптических характеристик материала, снижающая амплитуду регистрируемого с помощью считывающих устройств сигнала.
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, усложнение возможности фальсификации документов.
Указанную цель достигают путем введения в состав красителя, который используют для нанесения текста документа, всех его атрибутов, включая титулы, государственную или фирменную символику, наночастиц ферромагнитных материалов с заранее установленными магнитно-резонансными свойствами. В результате любой фрагмент документа или защищаемого текста может быть подвергнут проверке на подлинность путем исследования электронного магнитного резонанса отдельных его символов. Проверку осуществляют путем сопоставления вида кривой ферромагнитного резонанса от фрагмента документа с эталонной кривой, которую получают в процессе изготовления красителя, причем эта информация носит закрытый характер, а тип красителя имеет уникальные свойства. Изменение этих свойств осуществляют путем изменения концентрации наночастиц в красителе, использования смесей наночастиц различных ферромагнитных материалов или изменения химического состава самого красителя.
Предлагаемый способ создает принципиально новое качество защиты документов, недоступное в других случаях. Действительно, при использовании предлагаемого способа область защиты распространяется на всю площадь документа. Предлагаемый способ, кроме того, может применяться в комбинации с любыми другими методами защиты. Его отличает простота, т.к. он не требует использования специального оборудования или применения дополнительных технологических операций, благодаря чему этот способ отличает дешевизна. Кроме того, защита документа в соответствии с заявляемым способом отличается повышенной скрытностью, т.к. установить наличие защиты можно только с помощью достаточно сложной измерительной процедуры с использованием магнитно-резонансных спектрометров, и может быть выполнена только в специализированных лабораториях специально обученным персоналом.
Проведенный заявителем анализ уровня развития техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, не обнаружил источников, характеризующихся признаками, тождественными или идентичными всем существенным признакам заявленного способа. Выделение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить ряд существенных по отношению к предлагаемому заявителем техническому решению отличительных признаков способа защиты документов, приведенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленный способ соответствует критерию "новизна".
Проведенный заявителем дополнительный поиск не выявил известные решения, содержащие признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Следовательно, для специалиста заявленное техническое решение не вытекает явным образом из известных ранее решений, т.к. существенные признаки патентуемого способа не возникают в результате преобразования известных методов. Заявленное техническое решение не основано также на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении вида известных аналогов и прототипа. Следовательно, заявленный способ соответствует критерию "изобретательский уровень".
В настоящей работе в качестве среды, содержащей наночастицы магнитных материалов, избраны тонеры, используемые в лазерных принтерах обычных персональных ЭВМ, а именно красители фирм-изготовителей Canon и Hewlett-Packard (HP). Они сдержат наночастицы оксида железа, но у различных производителей размер, концентрация и т.д. наночастиц в составе красителя отличаются. С помощью стандартного печатающего устройства персональной ЭВМ был воспроизведен на одинаковых листах бумаги один и тот же текст с использованием тонеров указанных фирм.
Измерения электронного магнитного резонанса (ЭМР) проводились при комнатной температуре на ЭПР спектрометре X-диапазона (частота ≈9.1 ГГц) Varian E-4. Образец в виде узкой бумажной полоски с напечатанной буквой «I» - фактически отрезок прямой, равномерно окрашенный тонером - опускали на дно кварцевой ампулы, которую помещали в резонатор спектрометра. Ориентация плоскости бумажной полоски была либо перпендикулярна, либо параллельна квазистационарному магнитному полю. Внешнее магнитное поле изменяли в диапазоне 0-6 кГс. Эффективное резонансное поле определяли как среднее арифметическое максимума и минимума кривой первой производной от поглощенной мощности в единицах индукции магнитного поля. Ширину линии ΔВ определяли как расстояние между максимумом и минимумом на кривой первой производной интенсивности поглощенной мощности в единицах индукции магнитного поля.
На чертеже представлены спектры ЭМР образцов тонеров. Все спектры состоят из одиночной интенсивной резонансной линии с параметрами, приведенными в таблице.
Спектры электронного магнитного резонанса изображения буквы «I» получены с использованием тонеров фирм Canon и HP. Линии, сдвинутые в область низких (высоких) магнитных полей, получены для ориентации плоскости бумаги параллельно (перпендикулярно) внешнему магнитному полю.
Такой сигнал ЭМР типичен для суперпарамагнитных наночастиц оксидов железа [2, 3]. В образце "HP" ширина сигнала ЭМР заметно больше, а резонансное поле меньше, чем в образце "Canon". Это различие достигает наибольшего значения для ориентации образцов параллельно направлению вектора индукции квазистационарного магнитного поля. Различие формы резонансных кривых вызвано различием размеров магнитных частиц в различных красителях.
Тип образца
ΔВ<sub>рр</sub>, Тл
Эффективное резонансное
"Canon", поле перпендикулярно бумаге
0.123
0.358
"Canon", поле параллельно бумаге
0.113
0.320
"HP", поле перпендикулярно бумаге
0.177
0.352
"HP", поле параллельно бумаге"
0.168
0.239
Таким образом, вид спектров ЭМР позволяет по характерным особенностям однозначно различить красители по концентрации и размерам содержащихся в них магнитных наночастиц.
Литература
1. И.А.Павлов, А.Б.Потапов. Контроль подлинности документов, ценных бумаг и денежных знаков. М.: Техносфера. 2006, с.86.
2. Yu.A.Koksharov, S.P.Gubin, I.D.Kosobudsky, М.Beltran, Y.Khodorkovsky, A.M.Tishin. Low-temperature electron paramagnetic resonance anomalies in Fe-based nanoparticles, J. Appl. Phys., v.88, N1, (2000), pp.587-592.
3. Yu.A.Koksharov, S.P.Gubin, I.D.Kosobudsky, G.Yu.Yurkov, D.A.Pankratov, L.A.Ponomarenko, M.G.Mikheev, Y.Khodorkovsky, М.Beltran, A.M.Tishin. Electron-paramagnetic-resonance spectra near spin-glass transition in iron-oxide nanoparticles. Phys. Rev. B.63 (2001), pp.12407-12410.