For as long as economies and trade have existed, there have been people who have attempted to produce imitations of valuable goods for personal gain. Counterfeiting is a substantial drain on business, costing the U.S. economy between $200-250 billion annually, as well as billions of dollars in losses to the Canadian economy. The increased in counterfeiting attests to the limitation of present security techniques and indicates a strong need to develop more secure ones. In this contribution, we synthesize Nanocrystalline Cellulose (NCC), study the optical properties of this novel material, and propose that NCC can be used as a sophisticated anti-counterfeiting taggant. We suggest that NCC security taggants possess multiple security features: overt iridescence, covert selective reflection, ultraviolet fluorescence, covert unique morphology, a white light diffraction pattern, and a water induced color variation. The origin of the iridescence of NCC comes from both the Bragg multilayer reflection and surface relief grating diffraction, while the covert selective reflection security feature comes from the chiral structure formed during the casting by self-assembly of NCC. In order to add another covert security feature, ultraviolet fluorescence, an Optical Brightening Agents (OBA) was incorporated into the NCC suspension, and the result is a fluorescent and iridescent NCC material. The white light diffraction pattern which arises from the morphology of the NCC taggant provides further covert security. We also show that this NCC material displays water induced color variation which may also be used as security feature. Compared to conventional anti-counterfeiting techniques, the proposed method has several advantages: one system supports multi-level security, including overt and covert features. These features are very difficult to copy, but can be authenticated using low-cost tools, as well as a simple optical set-up when further lab tests are needed. / Depuis que l'économie et le commerce existent, des gens ont tenté de créer des imitations de marchandises de valeur pour leur profit personnel. La contrefaçon engendre des pertes substantielles, coûtant entre 200 et 250 milliards de dollars annuellement à l'économie des États-Unis ainsi que des pertes de milliards de dollars à l'économie canadienne. L'augmentation de la contrefaçon souligne les limites des technologies présentement utilisées pour la sécurité et indique le besoin grandissant pour le développement d'une nouvelle technologie d'authentification. Dans cette contribution, nous synthétisons la nanocellulose cristalline (NCC), nous étudions les propriétés optiques de ce nouveau matériau, et nous proposons l'utilisation de la cellule nanocristalline (NCC) comme marqueur anti-contrefaçon sophistiqué. Nous suggérons que la NCC traceurs de sécurité possèdent plusieurs fonctions de sécurité: une irisation manifeste, une sélection de réflexions masquées, une fluorescence ultraviolette, une morphologie unique masquée et un motif de diffraction de la lumière blanche. L'origine de l'irisation de la NCC vient à la fois de la réflexion de Bragg sur de multiples interfaces et du relief sur la surface du réseau de diffraction, alors que la sélection de réflexions masquées vient de la structure chirale formée lors du moulage par autoassemblage du NCC. Afin d'inclure une autre caractéristique de sécurité masquée, la fluorescence ultraviolette, un agent azurant, est ajoutée au NCC en suspension ce qui lui apporte la fluorescence et l'irisation. Finalement, la morphologie du marqueur NCC et le motif de diffraction de la lumière blanche fournissent des éléments de sécurité masqués supplémentaires.La méthode proposée possède de multiples avantages par rapport aux méthodes d'anti-contrefaçon conventionnelles: un système de sécurité à multiples niveaux, incluant des caractéristiques manifestes et masquées. Ces caractéristiques sont très difficiles à reproduire mais peuvent être authentifiées grâce à des outils à faible coût ainsi qu'avec un système optique simple lorsque de plus amples tests seront nécessaires.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117143 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Zhang, Yu Ping |
| Contributors | Andrew G Kirk (Supervisor1), Vamsy Chodavarapu (Supervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Electrical and Computer Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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