红外上转换材料在防伪技术中的应用

1、第3期激光与红外191Vo. 31, N o 3June , 2001第3期激光与红外191第3期激光与红外191?讨论与交流？文章编号：1001 25078 （2001 ）0320190 202红外上转换材料在防伪技术中的应用曹玉琳（华中科技大学图像技术公司，湖北武汉430074）摘 要：概述了红外上转换材料的研究 、发展和广阔的应用前景；介绍了红外上转换材料用于 防伪目的的基本思路和试验；结合防伪技术的实际应用，提出了一些增加防伪力度的想法和建 议。关键词：红外上转换；红外变可见；防伪技术 中图分类号:TB 34文献标识码:AApplicati on s of In fraredUp- c

2、on vers ion Materials二 :4 _ .7in An ti-co un terfe it ing Tech no logyr 过窪i&旦甕CAO Yu2lin（Im age T echno logy D evelopm ent Company , H uazhong U niversity of Science and T echno logy ,W uhan 430074, Ch ina）Abstract : T he investigati ons, developm ents and w ide app licati on p ro spects of infr

3、ared up - conversi on m aterials w ere outlined . T he experi m ents of infrared upconversi on m aterials fo r anti 2ounterfeiting applicati ons w ere introduced . In order to increase anti 2counterfeitingeffects in p ractical uses, some propo salsw ere also put fo iw ard in th is paper.Key words :

4、infrared up2conversi on; changing infrared to visible ligh t; anti2counterfeitingtechno logy.第3期激光与红外191第3期激光与红外191斯托克发光材料的发现和红外变可见技术发展，才 1994-2009 China Acadvnic Jcumal ElctironitPublishing Htjuse, All rights reserved,1引言通常的光激发过程遵守斯托克-洛莫利规则， 即被激发物质发射光谱的最大波长相对于所吸收的 光谱的最大波长而言向长波方向移动。但是,1966年A usel在研究

5、掺Yb和Er的无机材料和掺这两 种稀土离子的BaF2荧光时首次发现了反斯托克发 光现象。1967年Esterow itz用红外光激发CaF2：Ho 3+ + Yb 3+体系时发出绿色光。这种用长波长（较 低能量）光子激发而得到短波长（较高能量）光子的荧光现象称为反斯托克发光。这种材料称为反斯托 克发光材料。这一类材料能够将可见光或紫外光激 发的能量储存起来，而后用红外光激励时又能将存 储的能量以可见光的形式释放出来 ，所以又称红外 上转换材料,这种发光过程也叫做红外变可见过程。其特点是可以吸收能量低的红外光子 ，发射出能量 高的可见光子。采用稀土离子对新型反斯托克发光 材料的发光强度比当时所有

6、观察到的同类发光材料 的发光强度高两个数量级。这种新型反斯托克发光 现象的发现不仅具有深刻的理论意义，而且具有广阔的应用前景，二十世纪七十年代，正是因为新型反 使可见发光二极管得以问世 。1986 年，美国 Q uantex 公司的 J. L indmayer 提 出并利用 b化合物中某些杂质离子的电子被陷阱俘获和释放的现象得到红外上转换材料，发展了一种新的可擦除、可重写的光存储系统，验证了 红外上转换材料在光计算和信息处理等领域应用的 可能性，并称这种新型介质为“电子俘获材料”。由于 它具有快速的可擦除读写功能，具有很高的存储密 度和无限的读写循环寿命等特点，因而开拓了光存储介质研究的新途径

7、2红外上转换材料在光电技术中也早已得到广泛 的应用，例如各类半导体激光器的红外光检测、红外发光二极管发射光跟踪、YAG等大型激光器的光束 校对,等等。通常在光电实验室中检查红外激光器出 光情况的红外激光检测板，实际上就是一种掺有稀 土元素的红外上转换材料35。由于红外上转换材 料在阴极射线发光、电致薄膜发光等方面已经得到作者简介：见本刊2000年第4期P24收稿日期:2000211227了广泛的应用，而且在光存储、辐射计量和红外探测 等方面表现出明显的实用价值,因而引起了人们的 关注6,在研究的深度和应用的广度上不断地开拓，取得了很大的进展。另外,红外上转换材料在不可见 的红外光激励时能够发光

8、，产生视觉效应，也引起了 防伪技术工作者的兴趣。2防伪应用我们于数年前开始进行红外上转换材料在防伪 技术应用中的探索。我们用一种掺有稀土元素的红 外上转换材料配制成无色的油墨,用350目的丝网印制成“华工科技”的字样进行试验。这种红外上转 换材料的激励和发光光谱如图1所示。试验用“华工科技”字样的面积约 2 5cm2,选用大功率红外发光 二极管作为激励光源，其发射的近红外光的峰值波 长K为930nm。为了增大发射功率,红外发光二极 管的激励电流采用脉冲激励的方式，脉冲电流的占空比为1 : 1,脉冲频率为500Hz。在这种红外光源 的照射下，用红外上转换材料配制的油墨印刷的字 迹立刻呈现出亮丽的

9、绿色，清晰可见。移去激励光 源,字迹也立即消失。图2示意地表示了试验的安 排。图2(a)是红外发光二极管的激励电路，其中S是脉冲源，R是限流电阻，D是红外发光二极管。图 2 (b)表示在红外光的照射下，红外油墨印刷的字迹 显示出来。由于用红外上转换材料配制成的油墨是 无色的，激励的红外光源也是人眼看不见的，因此这 种技术方案显然具有基本的防伪功能。另外,这种红外上转换油墨也适用于塑料薄膜，可以方便地与现有的激光全息防伪标识结合在一起，起到综合防伪作用。(a红外上转换材料的激励波长(b)红外上转换材料的发射波长 图1红外上转换材料的激励光谱和发射光谱材料和薄膜材料)的单位较多，而且红外光源例如电

10、 视机家用电器的遥控器，在人们的日常生活中也是 随处可见，因此图2所示的防伪应用在防伪力度上 基本等同于通常使用的紫外荧光防伪油墨。为了加 大红外上转换材料的防伪力度，建议在以下几个方 面开展研究和技术开发工作。研制在特殊波长的红外光源激励下能够发光的 红外上转换材料。目前,红外上转换材料的红外光激 励波长通常在0. 71 6 An范围内，已经开发出红、 蓝、绿(包括黄绿)三种颜色的产品。除此以外，可以 寻找其它的红外光激励波长和发出其它颜色的红外 上转换材料。将红外上转换材料与其它的发光材料结合使用。例如，与电致发光材料5、自发光材料、热释发 光材料8等结合在一起，制备成多功能发光材料。还

11、可以将红外上转换材料与特殊的印刷工艺相结合 , 以期在红外光源激励下产生特殊的发光效果。将红外上转换材料印制的图文进行加密 ，与防 伪机读技术相结合。例如，用红外上转换材料印制成 加密的二维条码、含有隐藏信息的杂乱的背景图案 ， 等等。这样就可以大大增加防伪的力度。将红外防伪材料与其它的防伪技术结合 ，以达 到综合防伪的目的。例如，设法与激光全息防伪技 术、磁防伪技术、网络防伪技术9等有机地结合起 来，构置多重防线，加大防伪力度。为了降低红外上转换材料的生产成本，还必须不 断地改进和发展新的生产工艺，才能使这种红外防伪 技术在与其它防伪技术的竞争中处于有利的地位 。参考文献：1 臧友松，王明胜

12、.反斯托克发光材料和红外变可见技术J.半导体光电,1982, 3: 182 陈述春，戴凤妹.电子俘获材料的光学性质及光存储机制研究J.光学学报,1995, (6): 749- 7523 李有谟，等BaYF 5: Yb , Er红外上转换材料制备工艺 的改进A .稀土化学论文集C北京：科学出版社, 1982. 159- 1634 蔡正华，贾庆馨，李有谟.一种陶瓷型红外上转换材料 的制备A .稀土化学论文集C北京：科学出版社,1982. 164- 167.洪广言.高效稀土发光材料J.功能材料,1991, 22第3期激光与红外191(2): 100- 107.6 CaS : Ce的红外激励发光机制J1无机材料学报1995, 10(3): 277280.7大连路明科技集团有限公司产品介绍，2000中国国际丝网印刷及广告制作技术展览会Z. 2000, 4: 23第3期激光与红外191图2红外上转换材料油墨印迹的红外光激励显示示意图3讨论8 唐燕生，等.铌酸锂晶体热