穿透不透明障碍物的时域高阶加密防伪

光学防伪通常使用发光材料来编码和揭示隐藏的图案，在打击商标、文件安全、食品工业和公共安全中的欺诈方面起着至关重要的作用。但是，这种技术通常是通过颜色编码的方式并在可见光范围内实现的，目前为止还未实现高阶防伪以及穿透不透明散射层的可视化防伪。与颜色相似，寿命是发光材料的固有属性，独立于激发光功率和发光强度等因素。稀土元素的发光寿命长达数百微秒甚至达到毫秒级别，比背景荧光的荧光寿命（通常为几纳秒）长三到四个数量级。因此，利用时间门成像技术可以轻松消除背景干扰，从而实现高对比度的图案识别。短波红外（SWIR）光（900-1700 nm）具有高穿透力的优点，可以穿透雾气、烟雾以及各种不透明的材料（油漆，食物和植物），实现远距离成像和观测。因而短波红外成像技术广泛应用于舰载、车载军事观测、农产品筛选、作物成长监测、太阳能电池板检测等领域。

基于以上考量，哈尔滨工业大学陈冠英教授（点击查看介绍）团队采用短波红外的荧光寿命精准调控和加密，首次实现了穿透不透明障碍物的高阶时域编码防伪。该工作采用NaYF₄: Yb³⁺ /Er³⁺@NaYbF₄@NaYF₄@NaYF₄: Nd³⁺核/多层壳纳米晶作为时域编码探针，其中最外层的NaYF₄ : Nd³⁺壳层作为能量吸收层面，NaYF₄惰性层为能量延迟层，NaYbF₄壳层为能量迁移层，内核NaYF₄ : Yb³⁺/Er³⁺为发光层。该工作通过调控能量延迟层的厚度实现了能吸收层和能量迁移层间射能量迁移速率的精准控制，从而实现了发光层中Er³⁺离子1532 nm的荧光寿命3-10 ms范围内的精准调控。最终，采用不同短波红外光荧光寿命探针通过喷墨打印技术实现了特定图案的打印和高阶加密，并能透过不透明物体和生物组织光学仿体实现高清晰解码，呈现不同层次时域加密图案。该工作有望为未来中国和全球防伪市场提供了一种新型不可克隆的技术手段。

这一成果近期发表于ACS Nano，哈尔滨工业大学化工与化学学院博士研究生谭美玲是文章第一作者，哈尔滨工业大学陈冠英教授是唯一通讯作者。

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Temporal Multilevel Luminescence Anticounterfeiting through Scattering Media

Meiling Tan, Feng Li, Xing Wang, Rongwei Fan, Guanying Chen*

ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.9b08326

陈冠英博士简介

陈冠英，哈尔滨工业大学教授/博士生导师，教育部长江学者奖励计划青年学者。2004年本科和2009年博士均毕业于哈尔滨工业大学。主要围绕新型稀土发光材料中的关键科学问题开展相关基础研究, 取得系列原创性成果，作为第1/通讯作者在Chem. Rev.、JACS、Adv. Mater.等期刊发表SCI论文80余篇，累计引用约9千余次。多项工作曾被美国《发现》频道、美国《每日科学》、《C&EN》、德国《Materials Views》等几十余家海外科学媒体做新闻亮点报道。担任Theranostics、Nanomaterials、Scientific Reports等多个国际期刊的客座编辑和编委。曾获得全国百篇优博提名、国家万人计划青年拔尖等荣誉。

https://www.x-mol.com/university/faculty/19849