[发明专利]具有多模态发光的尖晶石材料、制备方法及荧光防伪应用

说明书

本发明属于材料科学领域，涉及具有多模态发光的尖晶石材料、制备方法及荧光防伪应用。本发明的尖晶石荧光粉的化学表达式为Zn_1‑xAl_2‑2y‑2zO₄:xMn²⁺,yCr³⁺,zSi⁴⁺，其中0.0005≤x≤0.01，0.0005≤y≤0.01，0.1≤z≤0.6。该荧光粉中Mn²⁺和Cr³⁺离子为两种不同的发光中心，作用为产生绿色和红色两种不同的光发射。Si⁴⁺离子的作用是调节Mn²⁺和Cr³⁺离子相对含量的电荷调节剂。本发明采用传统的高温固相法，根据化学计量比称量实验所需的原料，原料包括ZnO、Al₂O₃、Cr₂O₃、MnCO₃、SiO₂，并将混合料充分研磨并进行煅烧。本发明所制备的荧光材料具有多模动态发光的潜力，能输出可调谐的动态多色辐射、可变换的可见光和近红外信号、可改变的可见光和近红外长余辉信号。此外，由于其成本低廉，工艺简单，因而有利于广泛应用于荧光防伪领域。

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种具有多模态发光的尖晶石材料的防伪荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术

仿冒是一个长期存在的全球性问题，被仿冒的产品种类繁多，包括货币、名牌商品、官方文件、护照和药品等。仿冒物品的生产和销售每年涉及的金额多达数百亿美元，这对任何一国的经济都是巨大的损失，同时也对全世界消费者的安全和健康造成了不可估量的风险。近几十年来，为防止假冒，人们开发了许多安全技术，比如射频识别，同位素追踪和荧光防伪等。在这些技术中，由于荧光防伪法具有生产成本低、设计简便、环保、不易仿制等优点，具有显著的优势和应用前景，是打击造假者的理想手段，因而最广泛用于防伪。然而传统的荧光防伪材料一般表现为固定激发方式下的单色光发射，越来越容易被造假者仿造，但如果将不同颜色荧光材料进行简单的混合，可能导致材料产生不均匀的分散性，性能也会大大降低。为此，有必要研究出在单一基质材料中具有多种发光特性的多级防伪材料。这类多级防伪材料难以复制，具有更高水平的防伪安全性，因此制备这种具有多种荧光模式的防伪荧光粉显得尤为重要。

近年来为了提高荧光粉的防伪安全级别，研究者已经做了大量努力来开发荧光材料的不同防伪模式，比如多波长光响应模式、长余辉模式等。虽然这些材料已经实质性的提高了材料的防伪级别，但是难点在于将不同的防伪模式结合在同一个基质材料中。这种多模式的荧光材料防伪级别极高，几乎无法被仿冒者复刻，因而在防伪领域具有广阔的应用前景。

区别于价格昂贵的稀土离子，成本相对低廉的过渡金属离子Mn²⁺和Cr³激活的荧光粉成为近年来研究热点。目前在针对ZnA1₂O₄尖晶石体系的研究中，中国专利网中公开了一种基于ZnA1₂O₄基质的光色可调的荧光粉及其制备方法和应用(授权日：2020年2月18号，申请号201910975985.2)。但该发明只存在多波长光响应模式，并没有长余辉模式等多模态发光，而且也没有应用于荧光防伪领域。

如上所述，还没有以ZnA1₂O₄为基质，以Mn²⁺和Cr³⁺离子为两种不同的发光中心，以Si⁴⁺离子作为调节Mn²⁺和Cr³⁺离子相对含量的电荷调节剂的多模态荧光防伪材料的报道。

发明内容