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可用于防伪的稀土发光材料

2013/8/30 8:37:45   来源:科技日报  

你有过收到假钞的经历吗?这样的遭遇,即使我们不是亲身经历,也多少听周围人谈论过。在商场收银台或银行,看到工作人员用验钞机识别钞票,似乎是再平常不过的事了,便捷安全的背后,“科技”是如何揭穿假币的面纱?

把一沓一沓人民币放进荧光验钞机,在365nm紫外灯照射下快速清点,遇到假钞验钞机就会发出警报。原理很简单,人民币是采用专用纸张制造的,而假钞通常采用经漂白处理的普通纸,经漂白处理的普通纸在紫外线的照射下,会衍射出莹莹的蓝光,即所谓的“荧光反应”,从而触动报警系统,甄别出假钞。这就是利用“光致色反应”进行防伪的一个最典型的应用。

在这一过程中,稀土则扮演了关键的角色。

稀土荧光光谱行为是常被使用的防伪技术之一,这些技术不乏被一些高超的造假者掌握,从而迫使防伪技术不得时时保持最新进展,领先于造假者。所以在多数情况下,使用一套防伪技术的同时,还要储备、研发一套新的技术。北京工商大学理学院的孙家跃教授多年来一直从事防伪材料研发,他先后主持了“f-f与f-d电子跃迁发射紫外与红外光致显色防伪标识材料”等3项北京市自然科学基金资助项目,围绕不断提高防伪材料的技术邃密性,独占性和抗攻击能力等方面开展了应用基础性工作,可谓“魔高一尺,道高一丈”。

日常生活中,我们通常把各种微弱的光亮都称为“荧光”,很少有人会去仔细追究和区分各种荧光的发光原理。“荧光就是一种光致冷发光现象”,孙家跃教授解释道,本质上就是一种电子跃迁发射现象。

电子跃迁发射是组成物质的粒子(原子、离子或分子)中电子的一种能量状态的变化。根据能量守恒原理,粒子的外层电子从低能级跃迁到较高能级的过程中会吸收能量;从高能级跃迁回到较低能级则会以荧光的形式把能量释放出来,荧光的颜色就对应高低两个能级之间的能量差。

在常温下,当某种物质经一种入射光(通常是紫外线或X射线)照射时,它会吸收光能从基态跃迁进入激发态,当物质从激发态返回基态时,会以荧光的形式把激发能量释放出来。而一旦停止入射光,发光现象也随之消失。具有这种性质的出射光就被称为“荧光”。当物体受到外界光源照射获得能量,产生激发导致发光的现象就称为“光致发光”。

把“光致发光”用于“钞票防伪”是一种技术应用的创新。在所有可以产生光致发光现象的物质中,最重要的一类就是稀土元素。稀土离子具有未充满的4f电子组态,具有丰富的光谱项能级和长寿命的激发态,由此可以产生多种多样的辐射吸收和发射。而由稀土离子构成的稀土化合物,在激发状态下,可以发射从红外光、可见光到紫外光区的各种波长的电磁辐射,使稀土成为一个巨大的发光宝库。

“我们就是选用特定的稀土离子作为激活剂,研发适用于紫外或红外光激活源的稀土光致发光与显色材料。从而寻找到性能稳定、亮度高的材料,并合成印刷油墨、确定最佳配比,最终制作防伪标识,应用于实际生产。”孙家跃说。

从用途上来说,光致发光材料不仅限于防伪标识,还可以用于生产电致发光材料、LED荧光粉、超长余辉(夜明)材料、太阳能电池辅助材料、红外上转换材料、电子俘获材料等等,可谓应用广泛。中国稀土产业在世界的资源储量和产量位居第一,然而,中国约有2/3稀土出口外流,且稀土产品价格长期以来受国外商家控制。

“稀土是我国很重要的矿产资源,过去稀土主要作为原材料出口,尤其是被作为缺乏功能特性的、技术含量较低的产品的盲目生产,造成我国的稀土产品特质化差异较小,这些都对我国稀土资源造成极大的浪费。只有着力开发具有高技术含量的稀土功能材料,才会把我国的稀土资源优势变为生产优势,把科技优势转化为经济优势,富国利民。”孙家跃说。


关键词:稀土发光材料  假币  防伪  
(编辑:wuch
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