Procedimiento para la mejora del contraste óptico en la elaboración de grabados a nanoescala.

Procedimiento para la mejora del contraste óptico en la elaboración de grabados a nanoescala.

El marcado de piedras preciosas y otros cristales mediante nanograbado es muy importante en joyería para permitir un estricto control de los mismos durante su distribución y compra-venta. Además, permite convertirlos en piezas exclusivas y/o añadirles un valor sentimental seleccionando cuidadosamente el motivo que será grabado en el mismo. Sin embargo, debido al carácter translúcido de la mayoría de piedras preciosas, la visualización del nanograbado por medios ópticos no está optimizada.

El objeto de la invención es la mejora en el contraste óptico de nanograbados realizados en piedras preciosas mediante la deposición de materiales en el nanograbado, preferentemente metales preciosos. Dicha mejora puede ocurrir porque la deposición de un material opaco aumenta la reflexión y la absorción de la luz respecto de la piedra translúcida, y/o porque la deposición de metales nanoestructurados puede producir efectos plasmónicos.

PROCEDIMIENTO PARA LA MEJORA DEL CONTRASTE ÓPTICO EN LA ELABORACIÓN DE GRABADOS A NANOESCALA.

SECTOR DE LA TÉCNICA La invención presenta un procedimiento para mejorar el contraste óptico de nano grabados realizados en piedras preciosas y otros materiales de joyería y relojería que combina el uso de haces de iones focalizados y la deposición a escala nanométrica de un material con un índice de reflexión y/o absorción mayor que aquel donde se realiza el grabado. Estos nanograbados se caracterizan por presentar una mejor visibilidad óptica que los producidos mediante el uso, sólo o combinado con otras técnicas, de haces de iones focalizados sobre la superficie de piedras preciosas. Los materiales depositados a escala nanométrica generalmente son (aunque no se limitan a) metales preciosos como oro, plata o platino, en los cuales también se producen efectos plasmónicos por la activación de plasmones de superficie que no aparecen a macroescala, y que pueden constituir una causa adicional de mejora del contraste y visibilidad de los nano grabados. Los nano grabados pueden tener diversas aplicaciones, como posibilitar la futura identificación de la piedra preciosa o marcar una joya para darle exclusividad y/o con fines decorativos o sentimentales. La invención se engloba en el campo de la Nanotecnología.

ESTADO ANTERIOR A LA TÉCNICA El marcado de piedras preciosas a escalas no visibles alojo humano tiene una gran importancia en la industria de la joyería. El elevado valor de las piedras preciosas hace necesario el poder identificarlas de forma inequívoca durante el proceso de distribución de las piedras, en el engastado en joyas, durante el proceso de compra-venta e incluso en momentos posteriores. Esto puede conseguirse mediante la introducción de un número de serie o una marca característica y permanente en la piedra. Además, el marcado de piedras preciosas puede tener otras aplicaciones. Por ejemplo, personalizar una joya, dándole exclusividad mediante la introducción de un grabado único e individualizado, o dotar a la joya de un valor emocional añadido mediante el grabado de una frase o una imagen que represente un sentimiento de la persona que regala o posee la Joya.

Debido a que las marcas que se puedan introducir en una piedra preciosa no deben alterar la belleza natural de dicha piedra, es necesario que estas marcas no sean visibles alojo humano. Ellímite de resolución del ojo humano es de unas 200llm, por 10 que es necesario disponer de tecnología avanzada para poder introducir marcas de tamaño inferior a ese valor en la piedra preciosa y que sean nítidamente observables con los instrumentos ópticos de aumento que puedan estar a disposición de la mayoría de los usuarios. Para ello, se ha propuesto la utilización de iones de haces focalizados en ultra alto vacío para introducir grabados en materiales como el acero para almacenamiento de datos (US Patent Number 5721687) yen diamantes (US Patent Number 6391215 Bl) . Estas marcas pueden ser una combinación de caracteres alfanuméricos o también pueden ser marcas aleatorias irreproducibles incluso usando el mismo haz de iones sobre la misma superficie del mismo diamante (US2006/0144821 Al) . Otra forma de marcar la superficie de piedras preciosas con haces de iones focalizados es mediante la implantación de iones de distinta naturaleza en la superficie, y por tanto sin modificar la topografía de la misma (US Patent Number 2011/0031213 Al) . Incluso se ha propuesto la automatización del marcaje mediante el control por ordenador del instrumento de iones focalizados (US Patent Number 6230071 B1) .

Pese a los avances alcanzados en este campo, uno de los principales problemas de los nano grabados realizados en piedras preciosas es su escasa visibilidad por medios ópticos a través de la reflexión de la luz en la superficie de la piedra o por transmisión de la luz a través de ella. Esto es debido al carácter translúcido de estas piedras, 10 que hace que haya un contraste débil entre la zona grabada y la no grabada que limita la capacidad para resolver el patrón grabado en la piedra.

La presente invención tiene como objeto resolver el problema expuesto, proponiendo un método para mejorar el contraste entre la zona grabada y la no grabada de la superficie de una piedra preciosa u otro tipo de cristal cuando se observa por medios ópticos mediante la deposición de un material como los metales preciosos (Au, Ag, Pt) a escala nanométrica en el surco del grabado.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El marcado de piedras preciosas y otros materiales mediante nanograbado es una práctica indispensable en el sector de la joyería y la relojería ya que resulta fundamental identificar dichas piedras para permitir un mayor control en su manejo y compra-venta, sobre todo en el caso de las piedras más valiosas. Otras aplicaciones del marcado individualizado de piedras preciosas son el convertirlas en piezas exclusivas y/o añadirles un valor sentimental seleccionando el motivo que será grabado en la misma. Con frecuencia, el nano grabado de las piedras preciosas se hace atacando su superficie con haces de iones focalizados. Sin embargo, debido al carácter translúcido de la mayoría de piedras preciosas, la visualización del nanograbado por medios ópticos no es satisfactoria.

En la presente invención se propone un método para mejorar el contraste de nano grabados realizados con haces de iones focalizados en la superficie de piedras preciosas y otros tipos de cristales mediante la deposición de materiales (generalmente metales) a escala nanométrica en el interior del surco del nano grabado. La deposición del material se lleva a cabo a alto vacío mediante CVD (Chemical Vapor Deposition, deposición en fase vapor) utilizando una fuente de inyección de gas. Los materiales que se pueden depositar son W, Pt, C y Au, entre otros. Sin embargo, para la presente invención es preferible (aunque no limitante) utilizar metales preciosos como el Au y el Pt, para no disminuir el valor de las joyas en las que se incluyan piedras preciosas nano grabadas.

La mejora en el contraste del nano grabado cuando se observa con un microscopio óptico se produce por varias razones. Por un lado, debido a que el metal es opaco se aumenta la reflexión de la luz en su superficie con respecto al surco realizado en la piedra preciosa translúcida, mejorando notablemente su visibilidad. Además, si se observa el grabado con luz transmitida a través del cristal la mayor capacidad de absorción de luz del material depositado produce un mayor contraste del nano grabado. Por otro lado, la deposición de metales nanostructurados puede dar lugar a efectos plasmónicos, mediante los cuales se puede controlar el contraste del nano grabado. La fonna de la superficie de un metal a nivel nanométrico detennina el tipo de plasmones superficiales que se pueden acoplar y propagar a través de ella, controlando de este modo la interacción de la luz con la superficie. La creación de plasmones superficiales en el rango óptico requiere de superficies con detalles menores a los 400nm, 10 cual entra en el rango de trabajo del instrumento de haces de iones focalizados (FIB) , de modo que mediante la deposición de metales con el FIB se puede controlar el color de los nano grabados y por tanto, mejorar el contraste de dicho grabado respecto de la superficie de la piedra preciosa no grabada.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es la obtención de nano grabados de visibilidad mejorada en piedras preciosas y otros materiales utilizados en joyería y relojería para identificar o exc1usivizar dichas piezas. El nano grabado se realiza con el instrumento de iones focalizados FIB. Dicho instrumento dispone de una fuente de iones de metal líquido que se calienta, mojando una aguja de wolframio afilada donde se aplica un voltaje de extracción que provoca que la fuente líquida fonne un cono afilado con una punta de pocos nanometros. Los iones se extraen de la punta de este cono por emisión de campo, y son focalizados mediante lentes electrostáticas, alcanzando tamaños de haz de hasta 5nm. Los metales que se pueden utilizar para fonnar los haces de iones focalizados son Al, Au, B, Be, Cu, Ga, Ge, Fe, In, Li, P, Pb Y Si, entre otros, aunque el más utilizado es el Ga debido a su baja temperatura de fusión y baja presión de vapor. Para realizar el nanograbado, se puede utilizar cualquiera de los patrones disponibles en el software de control del equipo FIB, o se introduce una imagen bitmap (formato .bmp) en dicho software de control. La resolución de la imagen tendrá un efecto determinante en los efectos plasmónicos de la deposición de metal, como se indicará más adelante. Mediante el software de control del FIB, se programan los parámetros de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para mejorar la visibilidad por medios ópticos de nano grabados realizados en piedras preciosas y otros materiales usados en joyería y relojería que consiste en la deposición de un material a nanoescala que mejorar el contraste de dicho nano grabado.

2. Procedimiento para mejorar la visibilidad por medios ópticos de nano grabados según la reivindicación 1, donde el material que se deposita es cualquier material opaco que mejora el contraste óptico por un aumento en la reflexión de la luz en su superficie.

3. Procedimiento para mejorar la visibilidad por medios ópticos de nanograbados según la reivindicación 1, donde el material que se deposita es cualquier material que mejora el contraste óptico debido a la absorción de la luz por este material.

4. Procedimiento para mejorar la visibilidad por medios ópticos de nano grabados según la reivindicación 1, donde el material que se deposita es un material nano estructurado que mejora el contraste óptico por efectos plasmónicos.

5. Procedimiento para mejorar la visibilidad por medios ópticos de nanograbados según la reivindicación 1, donde la deposición de material se realiza por deposición en fase vapor (CVD) , asistida por un haz de electrones o de iones.

6. Procedimiento para mejorar la visibilidad por medios ópticos de nanograbados según las reivindicaciones 1 y 5, donde el voltaje del haz de iones que se utiliza para la deposición por CVD es de entre 1kV y 50kV,

preferiblement.

2. 30kV y la corriente del haz de iones es de entre 1 pA Y

20nA, preferiblemente 8-1 OnA.

7. Procedimiento para mejorar la visibilidad por medios ópticos de

5 nano grabados según las reivindicaciones 1, 5 Y 6, donde el voltaje del haz

de electrones que se utiliza para la deposición por CVD es inferior a 50kV,

preferiblement.

2. 30kV, y la corriente es de entre lpA y lOOnA,

preferiblemente 80pA-8nA.

10