Polimer ince filmlerdeki ıslatmama kararsızlıkları ile fiziksel olarak klonlanamayan fonksiyonların üretimi

Abstract

Sahteciliğe karşı korumadan veri güvenliğine kadar değişen uygulamalarda, çoklu güvenlik katmanlarına sahip kodlanmış yüzeylere yönelik güçlü bir ilgi mevcuttur. Bu tez çalışmasında, nanoboyutlu (kalınlık <100 nm) polimer filmlerdeki ıslatmama kararsızlıklarının, fiziksel olarak klonlanamayan fonksiyon (PUF) olarak kullanılması önerilmiştir. Bu tezdeki temel fikir, ıslatmama sürecinde oluşan yapıların konum ve boyutlarındaki içsel rastgelelikten yararlanmaktır. İncelenen malzeme sistemi, polistiren aşılı yüzeyler üzerinde poli(2-vinil piridin) (P2VP) filmlerinin ıslatmamasıdır. Birincil güvenlik katmanı, optik mikroskop ile kimliği doğrulanabilen rastgele yerleştirilmiş P2VP yapılarından oluşturulmuştur. Bu güvenlik katmanı, son derece umut verici tekdüzelik (0,53), benzersizlik (0,47) ve rastgelelik (p > 0,01) değerlerine sahip bir PUF ile sonuçlanmıştır. Yüzey güçlendirilmiş Raman saçılmasına (SERS) dayalı ikincil güvenlik katmanını oluşturmak için sitratla stabilize edilmiş altın nanoparçacıkları, rastgele yerleştirilmiş P2VP yapıları üzerinde seçici olarak düzenlenmiş, ardından ise belirteç moleküllerin (rodamin 6G, metilen mavisi ve eritrosin) biriktirilmesi gerçekleştirilmiştir. Bu ikincil katman, belirteçlerin moleküler titreşimleriyle bağlantılı Raman saçılımının haritalanmasıyla doğrulanmıştır. Polimer filmin uzaysal kontrollü ıslatmaması için seçici yüzey enerjisi modifikasyonuna dayalı yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem, deterministik ve stokastik bileşenlere sahip hibrit güvenlik etiketlerinin üretilmesini sağlamıştır. Çok çeşitli nano ölçekli malzemelere uyarlanabilirlik, basitlik, çok yönlülük, geleneksel üretim yaklaşımlarıyla uyumluluk ve yüksek düzeyde kararlılık ile, geliştirilen yaklaşım kodlama uygulamalarında önemli fırsatlar sunmaktadır.

There is a strong demand for encoded surfaces with multiple security layers in applications that range from anti-counterfeiting to data security. This thesis study proposed the use of dewetting instabilities in nanoscopic (thickness <100 nm) polymer films as a form of physically unclonable function (PUF). The underlying idea is to benefit from the intrinsic randomness in the location and size of features that form during the dewetting process. The studied material system involved dewetting of poly(2-vinyl pyridine) (P2VP) on polystyrene-grafted substrates. The primary security layer consists of randomly positioned P2VP features, which can be authenticated by optical microscopy. This security layer resulted in a PUF with highly promising uniformity (0.53), uniqueness (0.47), and randomness (p > 0.01) values. To form the second security layer based on surface-enhanced Raman scattering, citrate-stabilized gold nanoparticles were selectively assembled on the randomly positioned P2VP features followed by deposition of the taggant molecules (rhodamine 6G, methylene blue, and erythrosine). This second layer can be authenticated by mapping the Raman scattering associated with the molecular vibrations of the taggants. A novel method based on selective surface-energy modification was developed for spatially controlled dewetting of the polymer film. This method enables fabrication of hybrid security labels with deterministic and stochastic components. The adaptability to a broad range of nanoscale materials, simplicity, versatility, compatibility with conventional fabrication approaches, and high levels of stability offer key opportunities in encoding applications.