稀土上转换发光材料在防伪领域应用潜力巨大

稀土上转换发光材料是一种新型材料,具有低毒性、化学稳定性高、光稳定性优异、发射带窄、发光寿命长、光穿透力强、对生物组织几乎无损伤、无背景荧光等优点,广泛应用于防伪识别、生物医药、太阳能电池及照明等领域。

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稀土离子作为掺杂离子在制备上转换发光材料中扮演着极为重要的角色,当前掺杂研究主要集中在Yb3+、Eu3+ 和Er3+。稀土Yb3+的激发光波长是980nm,吸收截面大,是最为常用且有效的上转换敏化剂。当Yb3+和其他稀土离子共掺杂到基质时更会大大提高材料的发光效率。

研究者采用水热合成法制备NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子,再通过X射线衍射、扫描电子显微镜及透射电子显微镜对它的尺寸、形貌和结晶度等方面进行研究;其次将NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子与酒精按一定比例混合制成丝网印刷剂,结合网络定制的丝网模版在纸上印制了不同字样的防伪图案,风干后将字样暴露在980nm的激光辐照下,并使用相机对其进行成像研究;最后将印制的字样分成两部分,一部分保存在室内25℃恒温环境下,另外一部分保存在冬季一月份室外自然环境下,保存地点均为西安市,一周后对不同环境下的字样再次使用完全相同的实验仪器进行成像测试。

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实验表明,NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子与NaYF4标准卡的衍射峰完全一致,没有其他杂质产生;实验合成的微纳粒子外形均为六方体,且平均长度和横截宽度分别为209和175nm,微纳晶体表面光滑、无缺陷、未弯曲、结晶度较高、分散性较好,电子衍射环与NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子的312,300和302晶面相对应;NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子受掺杂离子的影响,在不同的能级跃迁下分别产生蓝、绿、黄、红四种可见光,通过对NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子荧光光谱分析,Eu3+非对称性比率约为1,表明磁偶极子跃迁与电偶极子跃迁相当;NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子制成的丝网印刷剂在不同环境下成像结果良好均清晰可见、容易辨识,但受存放环境影响,室内成像结果与最初的成像结果相比变化不大,室外所有成像字符受到自然环境下水汽的影响,亮度均略有下降,但仍能识别。

成像结果表明,所制备的NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子在防伪识别方面具有稳定性、可靠性等特点,但仍受到影响程度可控的自然环境因素影响。综合来看,其在防伪识别方面有着很大的应用前景。

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