Phasenabhängige Kontrolle der Falltiefe und der persistenten Lumineszenz in Strontiumaluminatphosphoren

Summary

Diese Studie untersucht die standardmäßigen optischen Messungen zweier persistenter lumineszenter Keramiken: SAO-B (blau) und SAO-G (grün), wie Thermolumineszenz (TL) und persistente Lumineszenz (PersL). Durch die Kontrolle der Elektronenfallentiefe erneuert diese Arbeit 'temperaturaufgelöste' und 'zeitaufgelöste' dynamische Anti-Fälschungsmethoden.

Abstract

Persistent lumineszente (PersL)-Materialien haben aufgrund ihrer langanhaltenden Emission nach der Vorerregung erhebliche Aufmerksamkeit für Anwendungen in Visualisierung, Signalgebung, Bioimaging und Anti-Fälschung erlangt. Es bleibt jedoch eine Herausforderung, sowohl verlängerte Emissionsdauern als auch stabile Lumineszenz zu erreichen. In dieser Studie schlagen wir zwei zuvor im Labor synthetisierte Keramiken vor: Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺, B³⁺ (blau-emitting@490 nm, SAO-B) und SrAl₂O₄: Eu²⁺, Dy³⁺, B³⁺ (grün-emitting@520 nm, SAO-G), die zu Strontium-Aluminatphosphoren gehören. Diese Arbeit demonstriert einen umfassenden experimentellen Ansatz mit detaillierten Thermolumineszenz- (TL) und PersL-Charakterisierungen. Unter verschiedenen Anregungsquellen (UV und sichtbares Licht) haben wir festgestellt, dass SAO-B tiefere Fallen und längere Zerfallszeiten aufweist, während SAO-G eine stärkere anfängliche Emissionsintensität aufweist. Darüber hinaus zeichnet das Video zwei neuartige 'temperaturaufgelöste' und 'zeitaufgelöste' dynamische Anti-Fälschungstechnologien innerhalb eines weiten Zeitrahmens von wenigen Sekunden bis Minuten auf. Die bereitgestellte Methodik dient als wertvolle Referenz für Forscher, die persistente Phosphore für Sicherheits-, Sicherheitsbeleuchtungs- und dynamische Displayanwendungen optimieren wollen.

Introduction

Hochwertige Anti-Fälschungsanwendungen profitieren typischerweise von Mehrfarb-Emissionen, die durch das Mischen mehrerer unterschiedlicher lumineszierender Materialien^{entstehen 1}, was zu Herausforderungen wie Schnittstelleninkompatibilität, höheren Kosten ^2,3, inkonsistenter Qualität führt, was sogar die Anfälligkeit für Fälschungen erhöhen kann⁴. Tatsächlich deutet die Verwendung derselben Matrizen/Zusammensetzung auf eine vereinfachte Fertigung hin, verbessert die chemische und physikalische Stabilität, was durch Wellenlängenabstimmung oder strukturelles Design ein Potenzial für multikanalige optische Signale bereitstellt^und somit die Effizienz der Anti-Fälschungstechnik^verbessert. Trotz dieses Potenzials gab es nur begrenzte Untersuchungen zur Nutzung der einzigartigen phasenabhängigen lumineszenten Eigenschaften blauer und grün emittierender Strontiumaluminat-Materialien (SAO), um dynamische, zeitaufgelöste Anti-Fälschungsmuster^{zu erzeugen 7,8}.

Blaue und grüne SAO-Phosphore zeigen charakteristische persistente Lumineszenz- (PersL) und thermolumineszenz(TL)-Eigenschaften, die durch Eu^2+-Emission und defektbedingte Fallstrukturen ^5,9 bestimmt werden. Green SrAl₂O₄: Eu²⁺, Dy³⁺ zeigt ein intensives, langanhaltendes Nachglühen, das bei 510–520 nm seinen Peak erreicht, wobei Eu²⁺ als lumineszentes Zentrum fungiert und Dy³⁺ (zusammen mit intrinsischen Defekten) eine breite Verteilung von Elektronenfallen bietet, die bei Raumtemperatur allmählich Ladungsträger freisetzen und so starkes PersL erzeugen. TL-Studien dieses Materials zeigen durchweg mehrere Glow-Peaks, die flachen und tiefen Fallen entsprechen, was bestätigt, dass seine außergewöhnliche Persistenz durch thermisch aktivierte Trägerfreisetzung über einen Bereich von Fallentiefen ^9,10 entsteht. Im Gegensatz dazu emittiert blaue Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺ im Bereich von 440–490 nm und zeigt typischerweise ein langes Nachglühen, wenn tiefe Fallen vorhanden sind. TL-Messungen zeigen deutliche Leuchtspitzen bei höheren Temperaturen (350–440 K), was auf tiefere Fallenwerte im Vergleich zur grünen Phase ^9,11 hinweist. Gemeinsam zeigen PersL- und TL-Analysen, dass die spektrale Farbe, das Zerfallsverhalten und die Nachglühdauer dieser SAO-Phosphore durch das Zusammenspiel zwischen der^EU-2+-Emission und der durch Co-Dopanten und Gitterdefekte erzeugten Fangtiefenverteilung gesteuert werden. Obwohl SAO-B und SAO-G einzeln gut untersucht sind, wurde ihre phasenabhängige Paarung nicht explizit für dynamische Anti-Fälschung mit einer Einfamilienchemie genutzt. Die Schließung dieser Forschungslücke kann die Entwicklung von SAO-Materialien für leistungsstarke, sicherheitsorientierte Anwendungen erheblich voranbringen.

Diese Studie untersuchte speziell die Eigenschaften der persistenten Lumineszenz (PersL) von Keramiken: Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺,Dy³⁺,B³⁺ (blau-emitting@490 nm, SAO-B) und SrAl₂O₄: Eu²⁺,Dy³⁺,B³⁺ (grün-emitting@520 nm, SAO-G). Entscheidend ist, dass man durch detaillierte Thermolumineszenz-(TL)-Experimente systematisch die Fallentiefenverteilungen und die Lumineszenzstabilität dieser Materialien unter Ultraviolett (UV)^11,12 und sichtbarer Voranregung (z. B. 450 nm)^13,14 bewerten konnte. Beachten Sie, dass B³⁺ die Phasenbildung/-sinterung fördert und die Defektchemie/Fallverteilung in Aluminaten moduliert (oft über Glasformer-/Flussverhalten), was die PersL-Stabilität bei mittlerer^{Hitze verbessert}. Das Signal von SAO-Phosphoren kann zwischen 50 und 450 K gemessen werden. TL-Charakterisierungen liefern entscheidende Einblicke in die Mechanismen, die dem persistenten lumineszenten Verhalten^zugrunde liegen, und offenbaren tiefere Elektronenfallen und längere Zerfallsdauern in SAO-B sowie stärkere Anfangsemissionsintensitäten in SAO-G.

Aufbauend auf diesen grundlegenden Erkenntnissen schließen wir die Forschungslücke durch (i) nebeneinanderfolgende PersL/TL-Charakterisierung unter identischen Bedingungen und (ii) protokollierte Demonstrationen von zeit-/temperaturcodierten optischen Tags. Wir schlagen neuartige Strategien für 'temperaturaufgelöste' und 'zeitaufgelöste' Anti-Fälschungsanwendungen vor. Dieser Ansatz nutzt die charakteristischen, phasenabhängigen PersL-Eigenschaften der untersuchten Materialien und zeigt dynamische Emissionsmuster, die sich vorhersehbar über Zeit und Temperatur entwickeln. Die umfassende Untersuchung trägt somit nicht nur zum wesentlichen Wissen über fallgesteuerte Lumineszenz bei, sondern bietet auch einen praktischen Rahmen zur Optimierung SAO-basierter Materialien für fortschrittliche technologische Anwendungen in Sicherheitskennzeichnungen, Sicherheitsbeleuchtung und dynamischen Displays.

Protocol

HINWEIS: Ein schematischer Überblick über Materialien und Arbeitsabläufe ist in Abbildung 1 dargestellt, und das Messsystem ist in Abbildung 2 dargestellt. Im Folgenden finden Sie das detaillierte, schrittweise standardisierte Protokoll zur Messung der persistenten Lumineszenz (PersL) und der thermolumineszenzen (TL) Eigenschaften von SAO-B- und SAO-G-Keramiken, die durch UV vorangeregt werden, basierend auf dem klinischen experimentellen Verfahren.

1. Probenvorbereitung und Vorverarbeitung

1. Bereite die Probe vor.
   1. PersL-Proben können Pulver oder große Keramiken und Kristalle sein. Messen Sie die Pulver mit folgendem Programm: Drücken Sie die Pellets von SAO-B und SAO-G unter einem einaxialen Druck von 3,5 Tonnen für 5 Minuten.
      HINWEIS: Jedes Exemplar hatte eine typische Masse von ~120 mg, was eine einheitliche Form von 10 mm Durchmesser und^1,0 mm Dicke 17 mm entspricht.
   2. Entfernen Sie alle Fallen der PersL-Proben durch Erhitzen der Proben. Erhitzung bei 350 K für 10 Minuten entfernt nur flache/oberirdische Fallen und lässt tiefere Fallen entstehen, die das PersL bei Raumtemperatur (RT) nicht beeinträchtigen. Für die vollständige Vorreinigung erhitze dich auf 480 K für 10 Minuten vor den Messungen. Beachten Sie, dass diese Temperatur von Material zu Material variieren kann.
2. Die Lagerung erfolgt nach dem Entleeren der Falle.
   1. Tragen Sie eine dünne, gleichmäßige Schicht Silberpaste auf den Probenhalter auf.
   2. Warte 10–15 Minuten, bis die Paste vollständig getrocknet ist und das Pulver fest haftet.

2. Montage der Probe

1. Befestige den Halter.
   1. Verwende immer dieselben Schrauben für den Probenhalter, die exakt zu den Positionen passen.
   2. Ziehen Sie die Schrauben quer an, dreimal, um einen gleichmäßigen Druck zu gewährleisten.
2. Installiere die innere Kammer.
   1. Setzen Sie die innere Kammer (mit offenen Löchern auf allen Seiten) auf die Probenhalterung.
3. Schließen Sie die äußere Kammer an.
   1. Platziere die Außenkammer mit dem blockierten Fenster nach oben (für ultraviolett-sichtbare [UV-Vis]-Anregung).
   2. Lass das Ventil während dieses Vorgangs geschlossen.

3. Systemvorbereitung und Pumpen

1. Pumpe einschalten: Starte die Vakuumpumpe mit geschlossenem Ventil.
2. Pumpenstatus überwachen: Wenn die Pumpenanzeige von gelb (blinkend) auf grün wechselt, öffnen Sie das Ventil.
3. Vorpumpen: Lass das Ventil offen und warte 15–20 Minuten, um ausreichend Vakuum zu gewährleisten.
4. Überwachen Sie den Druck.
   1. Während des Pumpens prüfen Sie das Manometer: Rot blinkt = Gasdruck (schwarze Skala); Grünes Blinken = Druck (rote Skala).
   2. Stellen Sie sicher, dass der Enddruck unter 1 × ^10-3 (mbar) liegt, bevor Sie das Ventil zur Kammer öffnen.

4. Optische Einrichtung und Lichtabschirmung

1. Installieren Sie Glasfaser und Abschirmung.
   1. Stellen Sie die Glasfaser ein, um die Lichtaufnahme zu optimieren.
   2. Bedecke das gesamte Setup mit einer schwarzen Decke, um Streunlicht und Hintergrunderregung zu vermeiden.

5. Kühlung und Temperaturregelung (für TL)

1. Wasserkühlung: Öffnen Sie die Wasserversorgung, bevor Sie den Kryostat und den Kompressor verwenden.
2. Temperaturregler: Schalte den Regler ein. Stellen Sie den Heizbereich (z. B. 50 mW) und die Zieltemperatur (z. B. 10 K) ein. Dann nutze das angezeigte Menü und bestätige die Einstellungen zweimal.
3. Erlaube dem System, die Zieltemperatur zu erreichen.
4. Warte, bis die Temperatur unter 150 K fällt, bevor du das Ventil wieder schließt.
5. Pumpen Sie weiter, um sicherzustellen, dass der Probenhalter im Vakuum bleibt.
   HINWEIS: Am Ende des Experiments kann die Probe eine hohe Temperatur (~500 K) erreichen. Setze die Heizung immer vor dem Fertigstellen auf 10 K zurück. Schalten Sie den Kompressor niemals ab, bis die Temperatur unter 350 K liegt, um Schäden am Gerät zu vermeiden.

6. Anregung und Messung

1. Option A: Für persistente Lumineszenz (PersL):
   1. Voranregung: Beleuchten Sie die Probe mit UV (z. B. 275 nm UV-LED-Anregung, 2 mW·^cm-2 und für weitere detaillierte Informationen siehe Ergänzungstabelle 1) oder sichtbarem Licht für die gewünschte Zeit (typischerweise 5 Min)¹⁸.
      HINWEIS: Kamera und Spektrometer wurden mit einer Integrationszeit (Belichtungszeit) von 2 Sekunden betrieben. Die Detektorverstärkung war auf die Standardempfindlichkeit eingestellt (nicht vom Benutzer einstellbar). Ein Gitterfenster von etwa 3 s wurde angebracht. Der Sammelabstand betrug 5 cm, der Eingangsschlitz war vollständig geöffnet und kein Gitter installiert. Hintergrundsubtraktion und Dunkelbildkorrektur wurden durchgeführt. Nach der Anregung wurde die Emissionsintensität sofort und kontinuierlich über die Zeit (von Sekunden bis zu mehreren Minuten oder Stunden) mit einer ICCD-Kamera erfasst, die vom WinSpec32-Softwarepaket gesteuert wurde. Weitere Erkennungs- und Erfassungsparameter finden Sie in ergänzender Tabelle 1. Diese Parameter waren für alle Messungen konstant, sofern in einzelnen Figurenunterschriften nichts anderes angegeben waren.
   2. PersL sammeln: PersL-Messungen an einer vorangeregten Probe durchführen. Das Emissionslicht wird über eine optische Faser von einer intensivierten Ladungsgekoppelten (ICCD)-Kamera aufgenommen, die bei -65 °C gekühlt ist und mit einem Spektrometer für die spektrale Analyse gekoppelt ist.
   3. Nach der Anregung wird die Emissionsintensität sofort und über die Zeit (von Sekunden bis zu mehreren Minuten oder Stunden) mit der ICCD-Kamera und dem Detektionssoftwaresystem erfasst.
2. Option: B Für Thermolumineszenz (TL):
   1. Voranregung: Wie oben beschrieben, erregen Sie die Probe mit UV- oder sichtbarem Licht.
   2. Temperaturanstieg: Nach der Anregung wird die Probetemperatur mit einer kontrollierten Geschwindigkeit (z. B. 10 K·^min-1) bis zur Zieltemperatur (z. B. 470 K) erhöht.
   3. Kontinuierliche Erfassung von Emissions- (Lumineszenz-)Spektren, wenn die Temperatur steigt.

7. Fertigstellung und Sicherheit

1. Stellen Sie sicher, dass die Heizung auf den niedrigen Sollwert (z. B. 10 K) eingestellt ist.
2. Lass die Temperatur unter 350 K fallen, bevor du den Kompressor ausschaltest. Lassen Sie die Kammer vor dem Öffnen den atmosphärischen Druck erreichen.
3. Zerlege die Kammer und den Probenhalter, nachdem das System RT erreicht hat.

8. Datenverarbeitung

1. Analysieren Sie PersL-Zerfallskurven und TL-Glühkurven mit Detektionssoftware.
2. Stellen Sie sicher, dass die Daten mit Anregungstyp, Probe, Datum und relevanten experimentellen Bedingungen gekennzeichnet sind.
   HINWEIS: Entleeren Sie unbedingt vor Beginn alle Fallen, indem Sie die Proben bei 350 K erhitzen (die Entfangtemperatur hängt von den Materialien ab). Schützen Sie das System während empfindlicher Messungen immer vor Umgebungslicht. Beschrifte und verfolge alle Samples zur Wiederholbarkeit. Führen Sie Protokolle über Druck, Temperatur und Systemstatus zur Fehlersuche und Reproduzierbarkeit. Für maximale Reproduzierbarkeit verwenden Sie immer das gleiche Verfahren für alle Proben und notieren Sie alle Abweichungen. Zur Reproduzierbarkeit sollten Anregung und Erkennung kontrolliert werden, wie Intensität, Nachweisentfernung und Zeit.

Results

Die persistenten Lumineszenzeigenschaften (PersL) von SAO-B und SAO-G wurden bei Raumtemperatur nach 275 nm UV-Anregung systematisch verglichen, wie in den Emissionsspektren beider Verbindungen gezeigt (Abbildung 3A). SAO-B sendet blaues Licht mit einem Höchststand von 490 nm; im Gegenteil, SAO-G sendet Grün aus und erreicht bei 520 nm einen Höchststand. Beide Verbindungen wiesen herausragende PersL-Eigenschaften und eine langanhaltende Emission auf, die dem 5d 4f-Übergang von Eu²⁺ entspricht. Bemerkenswert ist, dass SAO-B einen längeren Zerfall zeigte als SAO-G (Abbildung 3B).

Der TL-Peak entspricht dem 5d4f-Übergang von Eu²⁺ für die beiden Proben. Starke TL-Signale erscheinen oberhalb von 300 K für SAO-B und über 250 K für SAO-G (Abbildung 4). Die maximale TL-Intensität von SAO-B ist vergleichbar mit der von SAO-G, was darauf hinweist, dass UV-Anregung für den elektronischen Übergang beider Proben effizient ist. Im Detail zeigen TL-Glow-Kurven einen breiten Gipfel mit 350 K für SAO-B (blaue Kurve), während SAO-G zwei unterschiedliche Spitzen bei 290 K und 320 K (grüne Kurve) aufweist, was auf eine breitere Fallentiefenverteilung hindeutet. Mit der Urbachschen Formel¹⁹ erhält man:

(E = T_max / 500)

Die berechneten Falltiefen betragen 0,78 eV für SAO-B und 0,62 eV für SAO-G⁵. Im Allgemeinen zeigt SAO-B tiefere elektronische Fallen, was zu einem deutlich längeren Nachglühen als SAO-G führt.

Ultra-langes PersL, beobachtet bei Raumtemperatur (RT, ~300 K), wird im ergänzenden Video 1 vorgestellt. Diese SAO-Keramikmaterialien haben potenzielle Anwendungen in der Anti-Fälschungsbekämpfung. Ein zweifarbiges Anti-Fälschungs-Zeichen 'PSL' wurde aus den SAO-B- und SAO-G PersL-Keramiken hergestellt (Abbildung 5, Zusatzvideo 1). Nach der UV-Vorerregung strahlte dieses Anti-Fälschungsmuster mehr als eine Stunde lang zwei Farben aus.

Darüber hinaus präsentiert das Video eine neuartige 'temperaturaufgelöste Anti-Fälschungsstrategie', die die PersL SAO-G und SAO-B verwendet (Abbildung 6, ergänzendes Video 2). Diese Phosphore zeigen bei thermischer Stimulation charakteristische Lumineszenzreaktionen, was ihre Integration in die Sicherheitskennzeichnung ermöglicht. Die Anwendung basiert auf dem TL-Verhalten von SAO-Materialien. Bei Raumtemperatur ~300 K wird ein starkes PersL beobachtet. Wenn die Temperatur langsam auf 330 K steigt, treten systematische Veränderungen der Lumineszenzintensität und der Emissionseigenschaften auf. Bei 370 K wird eine signifikante Verringerung der PersL-Intensität aus dem grün markierten 'CHIMIE' im Vergleich zum blau markierten 'PARIS' registriert. Schließlich ist bei 420 K die anhaltende Emission von grün markierten 'CHIMIE' nicht zu unterscheiden. Nur das blau markierte 'PARIS' strahlt aus. Bei einer kontrollierten steigenden Temperatur beeinflussen sowohl Zeit als auch Temperatur das Lumineszenzverhalten. Diese Eigenschaft der 'Zeit-/Temperaturabhängigkeit der optischen Informationsspeicherung' bietet einen hochsicheren Anti-Fälschungsmechanismus.

Abbildung 1: Schema der persistenten Lumineszenz (PersL) von SAO, die mit Eu²⁺, Dy³⁺, B³⁺ keramischen Materialien dotiert ist. Schaltplan von SAO-B vs. SAO-G, die Eu^2+-Emissionszentren und die konzeptionelle Fallenlandschaft zeigt (Dy-bezogene Elektronenfallen; B-unterstützte Gitter-/Defektmodulation). Das dynamische Anti-Fälschungskonzept kombiniert zeit- und temperaturabhängige Reaktionen innerhalb einer Materialfamilie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 2: Aufbau der Messung der PersL- und Thermolumineszenzeigenschaften (TL) von SAO-B- und SAO-G-Keramiken, die durch UV-Licht vorangeregt werden. Überblick über die Vakuumkammer/Kryostat, den UV-/sichtbaren Anregungspfad, die fasergekoppelte Sammlung und Detektionskette, die für PersL-Bildgebung, PersL-Spektren und TL-Erfassung verwendet werden. Wichtige Kontrollpunkte sind gekennzeichnet: Pumpenanzeige grün; Druck ≤ 1 × 10^–3 mbar; Gehege lichtdicht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 3: Persistente Lumineszenzspektren und Zerfallskurven. (A) Persistente Lumineszenzspektren und (B) Zerfallskurven von SAO-B- und SAO-G-Phosphoren. Emissionsspektren und Zerfallskurven von SAO-B (blau) und SAO-G (grün) wurden nach 5 Minuten UV-Voranregung bei 275 nm (LED; ≈ 2 mW ^cm-2) aufgezeichnet. Integrationszeit = 2 s; Sperren ≈ 3 S; Detektorverstärkung = Standardempfindlichkeit; Sammeldistanz = 5 cm; vollständig geöffnet; kein Schleifen; Dunkle Bildsubtraktion angewandt. Mittlere ± SD (n = 3) mit 95 % KI-Shading. Aufnahme über ICCD-Kamera und Winspec32-Princeton-Software . Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 4: Thermolumineszenz (TL) von SAO-B- und SAO-G-Phosphoren. TL-Intensität vs. Temperatur (β = 10 K ^min-1; 50-450 K), erreicht unter identischen Detektionseinstellungen wie in Abbildung 3. Integration = 2 s; Sammeldistanz = 5 cm; Hintergrundsubtraktion angewandt. Kurven stellen den Mittelwert ± SD (n = 3) mit schattierten 95%-Konfidenzintervallen dar. Die vollständigen Erfassungsparameter sind in ergänzender Tabelle 1 aufgeführt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 5: Zeitaufgelöste Anti-Fälschung mit den SAO-B- und SAO-G-Phosphoren. Das ursprüngliche zeitaufgelöste Anti-Fälschungsvideo ist im ergänzenden Video 1 zu sehen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 6: Temperaturaufgelöste Anti-Fälschung mit den SAO-B- und SAO-G-Phosphoren. Das ursprüngliche zeitaufgelöste Anti-Fälschungsvideo ist im ergänzenden Video 2 zu sehen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Ergänzende Tabelle 1: Erkennungs- und Erfassungsparameter. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Ergänzendes Video 1: Zeitaufgelöste anticounterfeiting.mp4 Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Ergänzendes Video 2: Temperaturaufgelöstes anticounterfeiting.mp4 Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Discussion

Eine erfolgreiche Reproduktion dieses Protokolls beruht auf einer präzisen Kontrolle mehrerer experimenteller Parameter. Eine einheitliche Probengeometrie (Pelletdicke ~1 mm und Durchmesser 8–10 mm) sorgt für gleichmäßige Anregung und thermische Gradienten. Der Vakuumpegel muss vor Beginn der Anregung bei 1 × 10^–3 mbar überprüft werden, wobei der Pumpenanzeiger im "grünen" Bereich liegt. Eine sofortige Datenerfassung (Verzögerung < 0,5 s nach dem Schließen des Verschlusses) ist unerlässlich, um die Zerfallskinetik des Frühstadiums der persistenten Lumineszenz (PersL) genau zu erfassen. Eine konstante Bestrahlung in der Probefläche (~2 mW·^cm-2 bei 275 nm Anregung) sollte aufrechterhalten werden, um eine reproduzierbare Fallbefüllung zu gewährleisten. Die Temperaturanstiegsrate für Thermolumineszenzmessungen (TL) muss bei 10 K·^min-1 stabil bleiben, um einen quantitativen Vergleich der Glühspitzen zwischen verschiedenen Proben zu ermöglichen. Schließlich sind gleichmäßige Dunkelrahmensubtraktion und Normalisierung über alle Durchläufe hinweg entscheidend für einen validen Intensitätsvergleich und kinetische Anpassung.

Wenn sich frühzeitige PersL-Signale der Detektorsättigung nähern, sollte entweder die Anregungsbestrahlung oder die Belichtungszeit reduziert werden, während eine konstante Verstärkung erhalten bleibt. Schwache Emission nach wiederholtem Einschalten kann auf eine unvollständige Entleerung der Falle hinweisen; In diesem Fall wird die Probe für 10 Minuten auf 420 K vorgeheizt, bevor der nächste Lauf beginnt, um Restladungen aus den Tieffallen zu entfernen. Inkonsistente Basiswerte zwischen den Durchläufen entstehen typischerweise durch Temperaturdrift im Probenhalter. Dann minimiert eine 5-minütige Gleichgewichtsperiode vor der Anregung diese Variation. Wenn geringe Signal-Rausch-Verhältnisse bestehen, verengen Sie die Sammelöffnung oder fügen Sie einen optischen Bandpassfilter mit 520 nm Zentrie hinzu, um UV-Streunung zu unterdrücken.

Wenn sichtbare Anregung (450–470 nm) eine vernachlässigbare Emission ergibt, erhöhe die Belichtungszeit auf 5–10 Sekunden oder kehre zur UV-Anregung zurück, da die Absorptionsschwänze von EU²⁺ in diesem Bereich deutlich schwächer sind. Die Intensität hängt auch von Art und Menge der Materialien in den Messungen ab. Überprüfen Sie immer, dass die Hintergrundkorrektur in WinSpec32 oder anderer Erkennungssoftware aktiviert ist, bevor Sie die Spektren speichern, um verbleibende Dunkelrauschen zu vermeiden.

In beiden SAO-PersL-Phosphoren fungiert Eu²⁺ als emittierendes Zentrum über den Übergang 4f⁶5d¹ 4f⁷, während Dy³⁺ Elektronenfallen einführt, die Ladungsträger bei^{Raumtemperatur 5} einfangen und allmählich freisetzen. Die Einbindung von B³⁺ unterstützt die Verdichtung des Gitters und verändert Sauerstoffvakanzumgebungen, was zu etwas tieferen Fallenzuständen und einer verlängerten PersL-Dauer^führt. Die Unterschiede im Verhalten der persistenten Lumineszenz (PersL) und der Thermolumineszenz (TL) zwischen SAO-G und SAO-B sind jedoch auf ihre unterschiedliche Kristallstruktur zurückzuführen. SrAl₂O₄ kristallisiert in monoklinen polymorphen Gitterparametern: a = 8,447 Å; b = 8,816 Å; c = 5,163 Å; β = 93.42°; Raumgruppe P21, Z = 4. Sr₄Al₁₄O₂₅ kristallisiert in der orthorhombischen Pmma-Raumgruppe mit a = 24,745 Å, b = 8,473 Å, c = 4,881 Å, Z = 2⁵. Diese strukturellen Unterschiede modulieren das lokale Kristallfeld um Eu²⁺ und verschieben das 5d-Energieniveau relativ zum Leitungsband. In SAO-B mit enger Sr-O-Koordination liegt der Eu²⁺-5d-Zustand näher am Leitungsband-Minimum, was die Erzeugung tieferer, thermisch stabilerer Fallen (bei 0,78 eV) ermöglicht, die Emission über längere Zeiträume aufrechterhalten. Im Gegensatz dazu führt bei SAO-G eine etwas größere 5d-CB-Lücke zu flacheren Fallen (bei 0,62 eV), die Ladungen schneller freisetzen und so intensives, aber kurzlebiges^{Nachglühen 5} erzeugen.

Diese Studie vergleicht zwei repräsentative Sr-Aluminat-Phasen ohne systematische Variation der Dopantenkonzentrationen. Zukünftige Arbeiten sollten undotierte SAO-, ausschließlich EU- und Dy/B-Codoping-Serien umfassen, um die individuellen Beiträge jedes Dopants zur Fallenbildung und zum anhaltenden Lumineszenzeffekt zu klären. Thermische Abschreckung über 420 K reduziert die Emissionsintensität und begrenzt die Lesbarkeit bei hohen Temperaturen, was auf die Notwendigkeit von Co-Dopanten mit höheren Fangtiefen für den Betrieb bei erhöhten Temperaturen hindeutet. Zusätzlich basiert die hier gezeigte optische Anzeige auf labortauglichen Detektoren; tragbare Detektoren benötigen möglicherweise eine feine Kalibrierung, um eine vergleichbare Empfindlichkeit aufrechtzuerhalten.

Traditionelle dynamische Anti-Fälschungsstrategien basieren oft auf Mischmaterial-Verbundstoffen, die mehrere Phosphore unterschiedlicher Farben oder Zerfall um^{das Vierfache} kombinieren. Diese Ansätze können unter ungleichmäßiger Dispersion, optischer Überklingung und Verschlechterung einzelner Komponenten bei wiederholter Anregung leiden. Im Gegensatz dazu nutzt der hier angewandte phasenabhängige SAO-Ansatz intrinsische strukturelle Unterschiede innerhalb einer einzelnen chemischen Familie und liefert reproduzierbare und chemisch stabile zeit- und temperaturabhängige Reaktionen ohne komplexe Vermischung. Diese Einfamilienstrategie vereinfacht die Tintenformulierung, verbessert die Kompatibilität in Mehrschichtgeräten und sorgt für vorhersehbare Emissionsdynamiken über Fertigungschargen hinweg. Obwohl der erreichbare Farbumfang enger ist als bei Multi-Phosphor-Systemen, bietet der Gewinn der Reproduzierbarkeit und das abstimmbare Persistenzverhalten klare Vorteile für praktische optische Tagging- und Sicherheitsanwendungen.

Dieses Protokoll etabliert einen reproduzierbaren Rahmen zur Bewertung von PersL und TL in SAO-basierten Keramiken und legt dabei den Schwerpunkt auf kritische Schritte wie Vakuumintegrität, Zeitgenauigkeit und Parameterberichterstattung. Die Kombination aus quantitativen Erfassungsparametern und mechanistischer Diskussion bildet die Grundlage für die Erweiterung dieses phasenabhängigen lumineszenten Systems auf temperaturempfindliche Sensoren und dynamische Anti-Fälschungsgeräte. Aus dieser Perspektive können SAO PersL-Keramiken nicht nur in Tinte eingebettet werden, um schnell voranschreitende Anti-Fälschungsmuster durchzuführen, sondern auch mit anderen kommerziellen Materialien für Bioimaging ^20,21,22 und 3D-Druck ^23,24 gemischt werden. Die farbabstimmbaren PersL-Strontium-Aluminat-Phosphore sollen zu einer neuen Generation optischer Informationskennzeichnungs- und Anti-Fälschungstechnologien beitragen.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
405 nm LED	Thorlabs	N/A	Anregungsquelle für TL-Messungen
455 nm LED	Thorlabs	N/A	Anregungsquelle für anhaltende Lumineszenz
Acton SpectraPro 2150i Spektrometer	Princeton Instruments	Acton Spectra Pro	Sichtbarer Monochromator; 300 Rillen/mm, zentriert bei 500 nm; gekoppelt mit ICCD für TL
Borsäure (H3BO3)	Sigma-Aldrich	10043-35-3	Vorläufer für B3+ Doping in der Festkörperreaktion
He-Flow-Kryostat im geschlossenen Zyklus	Sumitomo-Kryogenik	HC-4E	Verwendet für TL-Experimente, bis zu 15 K
Heizplatte	Thermo Scientifi	88880004	Wird verwendet, um Proben für die thermische Entfangung vor QY-Messungen vorzuheizen
Lightfield	Princeton Inc.	N/A	Erkennungssoftware
Kaliumbromid (KBr)	Sigma-Aldrich	7758-02-3	Verwendet als Matrix für Pellets (50 mg Probe + 300 mg KBr → in 1 cm Durchmesser & mal gepresst; 2 mm dicke Pellets)
Scientific Pixis 100 ICCD Kamera	Princeton Instruments (Roper Scientific)	Pixis 100	ICCD-Kamera; Verwendet für TL, PersL, RL-Erkennung (gekühlt auf & Minus; 65 & Grad; C für Röntgenmessungen)
Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,B3+ Sample	BREVALOR Sà RL	Daniel Rytz bereitete sich vor	Im Labor durch Festkörperreaktion bei 1400 °C synthetisiert; C mit Oxiden (4 N Reinheit); Eu2+ ~1,0 mol%, Dy3+ ~1,5 mol%, B3+ ~17,5 mol%.
SrAl2O4:Eu2+,Dy3+,B3+ sample	BREVALOR Sà RL	Daniel Rytz bereitete sich vor	Handelspulver; Eu2+ ~1,5 mol%, Dy3+ ~5,0 mol%, B3+ ~0,9 wt%.
Temperaturregler	Seeufer	Modell 340	An den Kryostat für TL-Steuerung angeschlossen
Winspec32	Winspec33	N/A	Erkennungssoftware