假幣克星，可用于防偽的稀土發光材料

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基礎研究—北京市自然科學基金風采

　　你有過收到假鈔的經歷嗎？這樣的遭遇，即使我們不是親身經歷，也多少聽周圍人談論過。在商場收銀臺或銀行，看到工作人員用驗鈔機識別鈔票，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熒光驗鈔機，在365nm紫外燈照射下快速清點，遇到假鈔驗鈔機就會發出警報。原理很簡單，人民幣是采用專用紙張制造的，而假鈔通常采用經漂白處理的普通紙，經漂白處理的普通紙在紫外線的照射下，會衍射出瑩瑩的藍光，即所謂的“熒光反應”，從而觸動報警系統，甄別出假鈔。這就是利用“光致色反應”進行防偽的一個最典型的應用。

　　在這一過程中，稀土則扮演了關鍵的角色。

　　稀土熒光光譜行為是常被使用的防偽技術之一，這些技術不乏被一些高超的造假者掌握，從而迫使防偽技術不得時時保持最新進展，領先于造假者。所以在多數情況下，使用一套防偽技術的同時，還要儲備、研發一套新的技術。北京工商大學理學院的孫家躍教授多年來一直從事防偽材料研發，他先后主持了“f-f與f-d電子躍遷發射紫外與紅外光致顯色防偽標識材料”等3項北京市自然科學基金資助項目，圍繞不斷提高防偽材料的技術邃密性，獨占性和抗攻擊能力等方面開展了應用基礎性工作，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”，很少有人會去仔細追究和區分各種熒光的發光原理。“熒光就是一種光致冷發光現象”，孫家躍教授解釋道，本質上就是一種電子躍遷發射現象。

　　電子躍遷發射是組成物質的粒子（原子、離子或分子）中電子的一種能量狀態的變化。根據能量守恒原理，粒子的外層電子從低能級躍遷到較高能級的過程中會吸收能量；從高能級躍遷回到較低能級則會以熒光的形式把能量釋放出來，熒光的顏色就對應高低兩個能級之間的能量差。

　　在常溫下，當某種物質經一種入射光（通常是紫外線或X射線）照射時，它會吸收光能從基態躍遷進入激發態，當物質從激發態返回基態時，會以熒光的形式把激發能量釋放出來。而一旦停止入射光，發光現象也隨之消失。具有這種性質的出射光就被稱為“熒光”。當物體受到外界光源照射獲得能量，產生激發導致發光的現象就稱為“光致發光”。

　　把“光致發光”用于“鈔票防偽”是一種技術應用的創新。在所有可以產生光致發光現象的物質中，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，具有豐富的光譜項能級和長壽命的激發態，由此可以產生多種多樣的輻射吸收和發射。而由稀土離子構成的稀土化合物，在激發狀態下，可以發射從紅外光、可見光到紫外光區的各種波長的電磁輻射，使稀土成為一個巨大的發光寶庫。

　　“我們就是選用特定的稀土離子作為激活劑，研發適用于紫外或紅外光激活源的稀土光致發光與顯色材料。從而尋找到性能穩定、亮度高的材料，并合成印刷油墨、確定最佳配比，最終制作防偽標識，應用于實際生產。”孫家躍說。

　　從用途上來說，光致發光材料不僅限于防偽標識，還可以用于生產電致發光材料、LED熒光粉、超長余輝（夜明）材料、太陽能電池輔助材料、紅外上轉換材料、電子俘獲材料等等，可謂應用廣泛。中國稀土產業在世界的資源儲量和產量位居第一，然而，中國約有2/3稀土出口外流，且稀土產品價格長期以來受國外商家控制。

　　“稀土是我國很重要的礦產資源，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、技術含量較低的產品的盲目生產，造成我國的稀土產品特質化差異較小，這些都對我國稀土資源造成極大的浪費。只有著力開發具有高技術含量的稀土功能材料，才會把我國的稀土資源優勢變為生產優勢，把科技優勢轉化為經濟優勢，富國利民。”孫家躍說。

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