假幣克星，可用于防偽的稀土發(fā)光材料
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基礎(chǔ)研究—北京市自然科學(xué)基金風(fēng)采
你有過收到假鈔的經(jīng)歷嗎？這樣的遭遇，即使我們不是親身經(jīng)歷，也多少聽周圍人談?wù)撨^。在商場(chǎng)收銀臺(tái)或銀行，看到工作人員用驗(yàn)鈔機(jī)識(shí)別鈔票，似乎是再平常不過的事了，便捷安全的背后，“科技”是如何揭穿假幣的面紗？
把一沓一沓人民幣放進(jìn)熒光驗(yàn)鈔機(jī)，在365nm紫外燈照射下快速清點(diǎn)，遇到假鈔驗(yàn)鈔機(jī)就會(huì)發(fā)出警報(bào)。原理很簡(jiǎn)單，人民幣是采用專用紙張制造的，而假鈔通常采用經(jīng)漂白處理的普通紙，經(jīng)漂白處理的普通紙?jiān)谧贤饩�的照射下，會(huì)衍射出瑩瑩的藍(lán)光，即所謂的“熒光反應(yīng)”，從而觸動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，甄別出假鈔。這就是利用“光致色反應(yīng)”進(jìn)行防偽的一個(gè)最典型的應(yīng)用。
在這一過程中，稀土則扮演了關(guān)鍵的角色。
稀土熒光光譜行為是常被使用的防偽技術(shù)之一，這些技術(shù)不乏被一些高超的造假者掌握，從而迫使防偽技術(shù)不得時(shí)時(shí)保持最新進(jìn)展，領(lǐng)先于造假者。所以在多數(shù)情況下，使用一套防偽技術(shù)的同時(shí)，還要儲(chǔ)備、研發(fā)一套新的技術(shù)。北京工商大學(xué)理學(xué)院的孫家躍教授多年來一直從事防偽材料研發(fā)，他先后主持了“f-f與f-d電子躍遷發(fā)射紫外與紅外光致顯色防偽標(biāo)識(shí)材料”等3項(xiàng)北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，圍繞不斷提高防偽材料的技術(shù)邃密性，獨(dú)占性和抗攻擊能力等方面開展了應(yīng)用基礎(chǔ)性工作，可謂“魔高一尺，道高一丈”。
日常生活中，我們通常把各種微弱的光亮都稱為“熒光”，很少有人會(huì)去仔細(xì)追究和區(qū)分各種熒光的發(fā)光原理。“熒光就是一種光致冷發(fā)光現(xiàn)象”，孫家躍教授解釋道，本質(zhì)上就是一種電子躍遷發(fā)射現(xiàn)象。
電子躍遷發(fā)射是組成物質(zhì)的粒子（原子、離子或分子）中電子的一種能量狀態(tài)的變化。根據(jù)能量守恒原理，粒子的外層電子從低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)的過程中會(huì)吸收能量；從高能級(jí)躍遷回到較低能級(jí)則會(huì)以熒光的形式把能量釋放出來，熒光的顏色就對(duì)應(yīng)高低兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。
在常溫下，當(dāng)某種物質(zhì)經(jīng)一種入射光（通常是紫外線或X射線）照射時(shí)，它會(huì)吸收光能從基態(tài)躍遷進(jìn)入激發(fā)態(tài)，當(dāng)物質(zhì)從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí)，會(huì)以熒光的形式把激發(fā)能量釋放出來。而一旦停止入射光，發(fā)光現(xiàn)象也隨之消失。具有這種性質(zhì)的出射光就被稱為“熒光”。當(dāng)物體受到外界光源照射獲得能量，產(chǎn)生激發(fā)導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象就稱為“光致發(fā)光”。
把“光致發(fā)光”用于“鈔票防偽”是一種技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新。在所有可以產(chǎn)生光致發(fā)光現(xiàn)象的物質(zhì)中，最重要的一類就是稀土元素。稀土離子具有未充滿的4f電子組態(tài)，具有豐富的光譜項(xiàng)能級(jí)和長(zhǎng)壽命的激發(fā)態(tài)，由此可以產(chǎn)生多種多樣的輻射吸收和發(fā)射。而由稀土離子構(gòu)成的稀土化合物，在激發(fā)狀態(tài)下，可以發(fā)射從紅外光、可見光到紫外光區(qū)的各種波長(zhǎng)的電磁輻射，使稀土成為一個(gè)巨大的發(fā)光寶庫。
“我們就是選用特定的稀土離子作為激活劑，研發(fā)適用于紫外或紅外光激活源的稀土光致發(fā)光與顯色材料。從而尋找到性能穩(wěn)定、亮度高的材料，并合成印刷油墨、確定最佳配比，最終制作防偽標(biāo)識(shí)，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)�！睂O家躍說。
從用途上來說，光致發(fā)光材料不僅限于防偽標(biāo)識(shí)，還可以用于生產(chǎn)電致發(fā)光材料、LED熒光粉、超長(zhǎng)余輝（夜明）材料、太陽能電池輔助材料、紅外上轉(zhuǎn)換材料、電子俘獲材料等等，可謂應(yīng)用廣泛。中國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)在世界的資源儲(chǔ)量和產(chǎn)量位居第一，然而，中國(guó)約有2/3稀土出口外流，且稀土產(chǎn)品價(jià)格長(zhǎng)期以來受國(guó)外商家控制。
“稀土是我國(guó)很重要的礦產(chǎn)資源，過去稀土主要作為原材料出口，尤其是被作為缺乏功能特性的、技術(shù)含量較低的產(chǎn)品的盲目生產(chǎn)，造成我國(guó)的稀土產(chǎn)品特質(zhì)化差異較小，這些都對(duì)我國(guó)稀土資源造成極大的浪費(fèi)。只有著力開發(fā)具有高技術(shù)含量的稀土功能材料，才會(huì)把我國(guó)的稀土資源優(yōu)勢(shì)變?yōu)樯a(chǎn)優(yōu)勢(shì)，把科技優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，富國(guó)利民�！睂O家躍說。
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