钞票安全技术新进展

严军

2020年6月，货币产业新闻网站发布了长达172页的第六期《钞票技术报告》（以下简称《报告》），该《报告》介绍了全球21家印制安全企业近年来新的安全技术进展。涉及基材、油墨、添加物（贴膜、安全线等）和印制设备的新技术和新发展（见附表）。现以《报告》中涉及的防伪技术为主，兼顾其他重要内容对《报告》做一个综述。

一、钞票基材

（一）Guardian聚合物基材

1.从软浮雕（SET）到双软浮雕（DSET）

大名鼎鼎的Guardian基材目前由加拿大CCL Secure（CCL安全公司）生产供应。一般人都知道Guardian是一种具有高度防伪能力的聚合物基材。但是很少有人注意到，Guardian基材本身由三部分组成。分别是：被称为Clarity？C的核心层（基底）双向拉伸聚丙烯薄膜、使胶印和凹版油墨能够粘附到基材上的不透明印刷层、以及印刷和嵌入式安全功能。其中：印刷和嵌入式安全功能中应用了Soft Emboss Technology（SET）软浮雕技术。SET技术是基材、凹印和透镜三者的结合。即在Guardian的核心层上用树脂压印设计好的精细纹路，使其形成透镜，为其他衍射、散射或透射防伪技术提供基础。按照CCL的介绍，著名的Latitude和Eclipse呈现的效果即源于SET技术。

Latitude是使用约500纳米银色颗粒通过覆盖涂层（成镜像）后制成的光学器件。它利用多缝衍射和干涉作用，将射到光栅上的光束按波长不同进行色散，再经成像镜聚焦而形成光谱。具有强大的光学效应，可组成任意形状的图案，并且在非全息贴膜和金属箔中也可以使用（效果见图1）。

Eclipse的衍射光学效应我们一般称之为透射光可变装置。它是利用微结构来改变光的相位或振幅，当在点光源（例如手机的手电筒）下观看时，Eclipse会呈现出图文（效果见图2）。

在SET基础上，CCL公司在近期宣布成功研发了Double Soft Emboss Technology（DSET）雙软浮雕技术，代表了下一代Clarity？C基底的开发的新高度。

据介绍，DSET技术是在Guardian的基底的两面精准对印SET图案。两面均在相同的尺寸和位置微米级精度对印相同的结构。这种以完美对准的方式在基材的两面生成微观图像的能力为创造下一代光学特征以及多种世代提供了广泛的机会。与最初的SET创新一样，DSET被集成到Guardian基材生产线中。DSET将允许在Guardian生产过程中创建复杂的光学功能，从而实现光学效果和基材设计的无缝集成。目前DSET已经可以在宽幅纸上量化全速生产，这意味着DSET所产生的功能能够抵抗钞票所承受的各种化学和物理压力。

但遗憾的是，目前尚未见到DSET技术生产的钞票实物及其具体呈现的效果。CCL公司表示，首个采用DSET技术的钞票在2020年问世。

2.钞票设计新理念

除了CCL公司介绍了Guardian基材的新进展外，该基材的前东家NOTE PRINTING AUSTRALIA（澳大利亚钞票印制局，NPA）也发行了纪念Guardian基材30年的测试钞（见图3）。该测试钞最直观的特点是有一个巨大的半圆形透明视窗。这是迄今为止在聚合物钞票上设计的最大窗口，改变了整张钞票的视觉体验。对于这一视窗设计，NPA认为：

即任何视窗的设计都不应该是简单的，它应该避免简单的轮廓，因为这使得伪造者更难切割和替换视窗部位。装饰和视窗轮廓设计除了给视窗带来美感之外，复杂的边缘和不规则形状的混合使得透明视窗更难被仿造者切割和替换。这一设计理念在不同角度看都可能增强钞票的防伪性能：

从用户角度看，集成安全技术的超大透明视窗会引起用户的注意，因为他们不可能只对视窗的部分区域进行验证，而会自然地对整个视窗区域进行验证。这意味着钞票用户验证的区域更大。

从技术层面看，在考虑放置安全特征的空间时，更大的窗口尺寸为使用更多技术来创建复杂视窗创造了平台，这也增强了防伪能力。在这种情况下，凹版和安全油墨等传统的安全特性覆盖比正常范围大得多的区域，并能够在处理过程中提供增强的视觉效果。同样的原理可以应用于任何安全特征的组合，如澳大利亚印制公司印刷的其他聚合物钞票，其视窗区域应用了全息薄膜或Spark油墨。

从造假者的角度看，由于存在上述两个因素，造假变得更加困难，因为扩大视窗范围以及视窗内更多的防伪特征的应用让伪造者试图模拟的特征更多，必将加大伪造的难度。

（二）Durasafe复合基材

Durasafe复合基材由瑞士LANDQART（兰夸）造纸厂生产。该基材由分为三层：中间是聚合物，两边分别包覆传统的棉质纸张层。以往人们印象中Durasafe只在瑞士第九版钞票中应用。《报告》中至少有2张钞票采用了Durasafe基材，分别是：获得2019年亚洲高安全性印刷业协会最佳新钞奖的柬埔寨15000瑞尔纪念钞、纪念瑞士Orell Füssli（OFS）安全印刷公司成立500年系列测试钞中的1张（该测试钞共3张，基材分别为聚合物、纸塑复合和棉纸，其中纸塑复合材料即为Durasafe）。从这两张钞票看，都采用了多个国家、不同按全印制企业的防伪材料，从一个侧面反应了Durasafe基材良好的生产和印刷适应性。

比如：柬埔寨15000瑞尔纪念钞的TRILUMIC全息条由奥地利Hueck Folien公司提供。一般全息条只作为一线防伪使用，但该全息条加入了二线防伪特征。其边部在正常光线下是透明的，在紫外光照射下，它呈现出非常明亮的真彩色半色调图像，这在纸张上无法实现，只有在贴膜上才能实现（紫光灯下效果见图4）。这种特殊的技术结合了全息条带的低光泽区，确保了对公众的吸引力，为钞票设计者提供了有趣的机会，也为造假者提供了重大的障碍。

OFS的Durasafe测试钞使用了Hueck Folien公司的ColorSwitch安全线。当钞票倾斜时，安全线的颜色会改变。

（三）MRPS可机读聚合物基材

基材嵌入式安全特性为中央银行提供了最高水平的安全性，并能够以最快的分拣机速度验证真实性。多年来纸质钞票都是如此，然而，当聚合物钞票视窗要求雾度（偏离入射光2.5°角以上的透射光强占总透射光强的百分数，雾度越大意味着薄膜光泽以及透明度尤其成像度下降。）值<2.5这一高透明度公共安全特征时，在聚合物钞票中嵌入标示物一直是一个特别困难的问题。Spectra与全球领先的研究驱动的BOPP供应商合作，生产出MACHINE READABLE POLYMER SUBSTRATE（机读聚合物基材，MRPS），该基材符合所有行业标准的基材，同时具有最高速度的机读特征和与纸张最低错误接受和错误拒绝率相似的特征。该基材与所有其他应用的安全特性兼容，以油墨和箔的形式，并表现出优越的机械强度、收缩、刚度、厚度控制、雾度和印制性能。基材在不透明和防静电涂层以及随后的钞票设计印刷中都表现出了优异的印刷性能。这些新基材有多重机读特征，可以提供中央银行使用的III级机读特征。

二、钞票油墨

（一）VIVID系列油墨

从防伪角度看上文提及的澳大利亚Guardian30年测试钞。它采用了最新的VIVID系列油墨。该功能包括紫外、红外油墨图案等多种技术所呈现的独特效果。VIVID家族油墨可以从可见光中的一种颜色更改为多种荧光颜色。透明视窗中的绿色手部血管图案在不同的紫外光下可分别呈现黄色、白色和蓝色等不同荧光效果。更为独特的是，这种油墨在红外照明下也可见。在紫外线和红外线下都能被检测到的这种防伪能力大大提高了钞票的安全性。

（二）抗病毒（菌）油墨

2020年的新冠疫情让部分社会公众对现金的安全性产生了疑虑。对此，印制行业也做出了反应。法国OBERTHUR FIDUCIAIRE（欧贝特信托）公司研发了可以抵抗细菌和病毒的油墨。严格地说，是一种油墨中的添加剂——Bioguard Enhance。据欧贝特介绍，该材料有两大特征。一是具备一定的抗抗病毒和细菌能力。据检测，其中的银基成分对细菌和病毒都有一定的抵抗作用。二是该材料良好的适应性。其优点是可以添加到现有的一系列钞票中，而不会对钞票的视觉外观、安全特性或机器可读性造成任何影响。据欧贝特的研究，Bioguard Enhanc的抗病毒特性对钞票的物理特性没有影响，不会受到平版或凹版印刷以及洗涤的影响，并在人工老化试验中能够保持其有效性。

三、钞票添加物

从《报告》整个内容看，各种添加物成为介绍的重点，其中主要涉及贴膜和安全线。

（一）Plasmogra贴膜

Plasmogra贴膜属于衍射光变图像（DOVID）的一种，是由法国SURYS（苏锐）公司新推出的具有独特的视觉特性和可立即识别外观的贴膜，可以应用在聚合物基材上。它的颜色组合不仅随观察角度的不同而变化，更重要的是，还取决于观察钞票的哪一面。简单地说，Plasmogra贴膜在正面、背面和透光观察的颜色效果完全不一样（见图7）非常容易验证：

颜色验证：可以看到，钞票开窗部位正面的紫红色和蓝色在背面观察时分别变成了黄色和粉红色，非常容易吸引公众的注意力。并且每一种颜色也会通过倾斜钞票而改变，这样就使得普通油墨或传统全息图无法模拟Plasmogra。

透光验证：透光观察，纸币的两面都能看到第三种独特的颜色。如正面的紫色变成蓝色，蓝色会变成绿色。

Plasmogram可由未经训练的眼睛验证。由于不同颜色之间的非常明显的变化可以很好地抵抗普通纸币的伪造攻击。由于其独特且高度安全的技术，无法用传统油墨或箔模仿。由于可以选择颜色组合和高清晰的形状和表面，在设计上提供了更大的灵活性。此外，Plasmogram可以采用安全线、贴膜和贴片等不同形式表现，与市场上的主要基材兼容，可以很容易地融入钞票的设计，并强化公众对钞票的信任。

（二）Motion Surface安全线

Motion Surface（表面动感安全线）贴膜由Crane（克兰）公司生产。Motion Surface技术的首次应用是2017年底的吉尔吉斯2000索姆纪念钞上。主要特点一是贴膜用肉眼观察有明显的立体感；二是晃动钞票，感觉图像的相对位置在变化；三是图案中有类似凸透镜的位置，会看到背景图案被放大。

这是在10毫米以上宽的运动表面微光学条带上，超过300万透镜阵列被精确地排列在相应的图标上，每个图标都被透镜巧妙、独特地改变观察效果，以达到理想的视觉效果。要在极薄的材料上制造这样的视觉效果，需要材料、设备和专门制造微光学特征的技术。每个图标位置的变化是如此之小，以至于传统的方法无法严格管理阵列。早期的计算软件效率极低，为此Crane公司招募熟练的软件工程师加入微光学技术设计团队，开发出了专有软件，使整个过程加快了10万多倍，可以用数小时的时间生成设计和效果更加复杂，渲染也更加逼真最终产品。如果Crane现在使用旧的计算软件来渲染Motion Surface设计，计算机处理时间将会是几个月。

凭借这些算法和计算能力的进步，这个过程允许创作者微调视觉效果的每个特征。可以修改具体的尺寸，形状，放大图像的移动效果。人们最后看到的强烈的3D效果，是专业技术和设备的结果，这些技术和设备可以操纵每个图标，使其在大小和形状上與周围的图标不同，并在每个镜头下精确定位每个图标。

一旦設计的微光学图标创建和排列到位，即进入生产过程。Motion Surface图标和镜头阵列的原图是使用专有技术创建的，确保过程中不会出现失真或不准确。在这样的规模下，镜头和图标之间的生产公差至关重要；破坏效果的最小失调将和畸变必须限制在纳米内。如果把12毫米宽的表面放大到两车道宽度，其产生的形变不允许超过17毫米。事实上，由于传统方法无法测量这种畸变，目前唯一能够精确测量这种畸变的技术就是微光学本身。

在Crane内部，使用微光学的测量方案已经被开发出来，使得小于25纳米的工件和小于10纳米的畸变可以被肉眼看到。这些严格的公差推动了开发定制生产设备的需求，这些设备能够生产数以百万计的多层单个微光学结构，同时保持绘制过程能够精确对齐原始数据。

（三）双面双金属全息图

双面双金属全息图由KRYPTEN全息实验室开发。它可以用于开窗的纸质钞票或聚合物钞票。这一技术有两个特征：首先是正背面有相同的图案，其次两边图案的颜色分别是金色和银色。复杂的工艺流程允许全息图像两面之间有100%的容差。在同一物品中使用不同的金属使得图案在技术上更加复杂，并提高了其安全性能。全息光学元件采用高精度微模压（HPMD）制作。这项技术允许复制任何复杂的设计。它可以是一个单独的物体，也可以是一个组合。HPMD创建具有精确细节和独特视觉效果的高分辨率图像。在全息图设计中结合不同的光学效果，确保了元素的额外安全性。这种双金属全息图在测试图案中的效果很明显（见图8）。双金属双面全息图的概念是显而易见的。该元素的安全特征是基于传统的金和银的对比。人们很容易记住安全特征的概念，并饶有兴趣地比较全息图的视觉效果。

（四）3D-GRAM全息光聚合物条带

KRYPTEN全息实验室另一项创新的安全元素是3D-GRAM全息光聚合物条带。光聚合物全息图以其选择性和三维效果这两个特点引起人们的关注。与传统的彩虹色全息图相比，3D-Gram全息图在不同角度保持其原始颜色。全息图起源于内部聚合物层，并从真实物体中记录下来。这就是为什么图像具有3D效果和看起来真实。浮雕花耀眼的色彩和3D效果吸引了人们对图像的注意（见图9）。即使在透射光下，图像也清晰可见。3D-Gram技术可以创建具有不同光学效果的元素：视差效应、颜色和图像的触发器效应、微光效应、动态效应的微透镜或微文本。熟悉的全息效果随着图像颜色的稳定而变得更加明显。光聚合物全息图3D-Gram有红色、绿色、蓝色或它们的组合。在透明层上制作光聚合物条带，并叠合在钞票上。因此，从全息图下面可以看到图像。3D-Gram条带适用于纸张和聚合物基质。

四、对我国的钞票印制启示

从《报告》的内容看，涉及面非常广。既有对钞票防伪技术的介绍，也有钞票设计理念的创新。还包含了印制企业对社会公众安全、环境污染等方面承担的责任。限于篇幅，本文无法全部顾及到。但从《报告》透露的信息看，以下几方面值得关注：

（一）开展国际合作引进合适合的原材料。从《报告》中涉及的钞票（含纪念钞、测试钞）看，没有一张钞票的所有原料、技术由一家企业单独提供。以OFS成立500年纸塑复合材料测试钞为例，除了自己的技术和材料，其基材来自兰夸公司，安全线来自Hueck Folien公司，光变油墨和光彩光变图文来自于锡克拜公司。如果再加上其他两种基材，原料供应上商还涉及到库尔兹公司和CCL安全公司等安全印制企业。在目前分工越来越细的情况下，已经没有一家企业能够包打天下。因此，在确保安全和来源稳定的前提下，可以与国际知名企业开展合作，及时引进好的技术用于人民币产品是值得考虑的路径。

（二）加快聚合物基材的应用。《报告》中涉及了大量聚合物钞票。据CCL公司介绍，目前全球已有50多个国家（地区）的150多种券别采用了Guardian基材。再加上另一家聚合物基材供应大户，使用De La Rue的SAFEGUARD聚合物基材的约50种钞票，越来越多的国家（地区）的钞票转向聚合物基材。与纸币相比，聚合物基材首先是流通寿命更长，可以带来较高的经济效益；其次是不易吸附污垢，比较干净；此外，聚合物基材的透明视窗可以更方便地应用各种比较炫酷的视觉防伪特征，使得其安全性大为增强。我国在2017年即通过公开渠道表示已经开始研发塑料钞，但到目前为止，除了新世纪纪念钞采用了Guardian基材外，我国还没有一张使用聚合物作为基材钞票，应该加快聚合物基材进入生产验证的进度，不断掌握聚合物材料的生产、流程特性，对其耐用性、卫生性进行验证，为今后大范围使用积累经验。

（三）高度重视一线防伪技术研发。从《报告》列举的新技术、新材料看，大量都是钞票中的附加物。而基材、油墨以及印刷方面的内容相对较少。从附加物所的防伪功能看，重点在供社会公众使用的一线防伪技术。从传统的光栅和透镜，到现在的各种纳米级的结构和算法，公众看到的是各种全息图像、3D物体、运动效果、色彩变换和形状变化等等，给人以深刻的印象。加之越来越大的视窗有足够的空间摆布各种防伪技术，钞票将越来越朝着识别快速简便、伪造难度极高的目标迈进。2015年版以后的人民币对一线防伪技术的应用已经开始重视起来，但综合其技术的应用，还更多地停留在基材中的水印、安全线以及油墨等方面，其他贴膜等技术在流通钞票中还没有用过。从奥运等纪念钞看，目前我国对此项技术还是有一定储备的，期待看到今后在流通钞票中能够看到更多一线防伪的技术，让社会公众更加容易识别钞票的真伪。