Advanced Materials:双剑合璧——基于上/下转换双模式的稀土纳米荧光防伪材料

稀土发光材料因具有窄带发射峰、长荧光寿命及高稳定性等优异的光学特性,在防伪和信息安全等领域表现出潜在的应用价值而备受关注。然而,现有存储防伪信息的稀土发光体系存在荧光模式过于单一、需要特定昂贵的激发光源及发光颜色不可调等不足之处,从而导致信息存储及防伪的容量有限等问题而面临破译的风险。因此,深入研究稀土发光机理以及对光谱精确调控,对于推进稀土发光材料在信息存储及荧光防伪领域的实际应用具有重要意义。

近日,南京林业大学理学院杨小飞教授课题组和南京理工大学材料学院曾海波教授团队紧密合作,提出一种构建双模式荧光体系的设计策略。通过利用核壳结构界面上的能量传递过程和稀土离子的交叉驰豫机制,在纳米尺寸的能量传递中实现了多种稀土离子的上转换和下转换发光光谱的精确调控。研究团队以Ho3+、Eu3+和Tb3+等分别作为上转换及下转移发光中心,掺入NaGdF4@NaYF4纳米颗粒的核层及壳层来构建双模式荧光纳米体系。其中,核层Ce3+离子分别作为交叉驰豫中心及敏化中心,同时实现Ho3+上转换发光颜色的调控及壳层离子的多色下转换发光。通过验证实验初步证实所设计的双模式荧光体系可以替代传统单模式荧光材料,实现了高水平的多色防伪及安全编码等应用。这一发现为稀土纳米晶特种发光功能的设计提供了新的思路,展示了更易操作、更加保密的防伪应用。同时,该研究有利于在纳米尺度上理解和调控稀土离子之间的相互作用和发光行为,为研发具有自主知识产权的新型稀土发光材料提供了研究思路。基于该研究的相关成果以“Energy Manipulation in Lanthanide-Doped Core-Shell Nanoparticles for Tunable Dual-Mode Luminescence toward Advanced Anti-Counterfeiting”为题在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202002121)上。研究工作得到国家自然科学基金、南京林业大学杰出青年基金、南京林业大学标志性成果培育项目以及江苏省高校优势学科建设工程项目的资助。