Controllo dipendente dalla fase della profondità della trappola e della luminescenza persistente nei fosfori di aluminato di stronzio

Summary

Questo studio indaga le misurazioni ottiche standard di due ceramiche luminescenti persistenti: SAO-B (blu) e SAO-G (verde), come la termoluminescenza (TL) e la luminescenza persistente (PersL). Controllando la profondità della trappola elettronica, questo lavoro innova metodi dinamici anti-contraffazione 'a risoluzione della temperatura' e 'risolti nel tempo'.

Abstract

I materiali luminescenti persistenti (PersL) hanno attirato notevole attenzione per applicazioni nella visualizzazione, segnalazione, bioimaging e anti-contrafazione grazie alla loro emissione duratura dopo la pre-eccitazione. Tuttavia, ottenere sia durate di emissione prolungate sia una luminescenza stabile rimane una sfida. In questo studio, proponiamo due ceramiche precedentemente sintetizzate in laboratorio: Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺, B³⁺ (blu-emitting@490 nm, SAO-B) e_{SrAl 2}O₄: Eu²⁺, Dy³⁺, B³⁺ (verde-emitting@520 nm, SAO-G) appartenenti a fosfori di aluminato di stronzio. Questo lavoro dimostra un approccio sperimentale completo che coinvolge caratterizzazioni dettagliate della termoluminescenza (TL) e del PersL. Sotto varie sorgenti di eccitazione (UV e luce visibile), abbiamo identificato che SAO-B presenta trappole più profonde e tempi di decadimento più lunghi, mentre SAO-G mostra un'intensità di emissione iniziale più forte. Inoltre, il video registra due nuove tecnologie dinamiche anti-contraffazione 'a temperatura risolta' e 'risolte nel tempo' in una scala temporale ampia da pochi secondi a minuti. La metodologia fornita rappresenta un riferimento prezioso per i ricercatori che mirano a ottimizzare i fosfori persistenti per applicazioni di sicurezza, illuminazione e display dinamici.

Introduction

Le applicazioni anti-contraffazione di alta qualità tipicamente beneficiano di emissioni multicolore generate dalla miscelazione di diversi materiali luminescenti^distinti, portando a risolvere sfide come incompatibilità di interfaccia, costi più^{elevati 2,3}, qualità incoerente, che può persino aumentare la suscettibilità alla^{contraffazione 4}. Infatti, l'impiego delle stesse matrici/composizioni suggerisce una fabbricazione semplificata, migliora la stabilità chimica e fisica, il che fornisce potenziali segnali ottici multicanale tramite sintonizzazione delle lunghezze d'onda o progettazione^{strutturale 5}, migliorando così l'efficienza anti-contraffazione⁶. Nonostante questo potenziale, sono state state limitate indagini sull'utilizzo delle uniche proprietà luminescenti dipendenti dalla fase dei materiali blu e verde emettendo alluminato di stronzio (SAO) per creare pattern dinamici e risolti nel tempo ^7,8.

I fosfori SAO blu e verdi mostrano caratteristiche proprietà di luminescenza persistente (PersL) e termoluminescenza (TL) governate da strutture di emissione EU²+ e da trappole correlate^{a difetti 5,9}. Verde_{SrAl 2}O₄: Eu²⁺, Dy³⁺ mostra un intenso e duraturo afterglow che raggiunge il picco tra 510 e 520 nm, dove Eu²⁺ agisce come centro luminescente e Dy³⁺ (insieme a difetti intrinseci) fornisce una vasta distribuzione di trappole di elettroni che rilasciano gradualmente portatori di carica a temperatura ambiente, produendo un forte PersL. Gli studi TL di questo materiale rivelano costantemente picchi di bagliore multipli corrispondenti a trappole poco profonde e superficiali, confermando che la sua eccezionale persistenza deriva dal rilascio di portatori attivati termicamente su un intervallo di profondità di trappola ^9,10. Al contrario, il blu Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺,Dy³⁺ emette nella fascia di 440-490 nm e tipicamente mostra un lungo afterglow quando sono presenti trappole profonde. Le misurazioni TL mostrano picchi di bagliore distinti a temperature più elevate (350-440 K), indicando livelli di trappola più profondi rispetto alla fase^{verde 9,11}. Insieme, le analisi PersL e TL dimostrano che il colore spettrale, il comportamento del decadimento e la durata del postbagliore di questi fosfori SAO sono controllati dall'interazione tra l'emissione di Eu²⁺ e la distribuzione della profondità della trappola creata da co-dopanti e difetti del reticolo. Sebbene SAO-B e SAO-G siano individualmente ben studiati, il loro abbinamento dipendente dalla fase non è stato esplicitamente sfruttato per l'anti-contrafazione dinamica con una chimica unifamiliare. Affrontare questa lacuna di ricerca può far avanzare significativamente lo sviluppo di materiali SAO per applicazioni ad alte prestazioni e orientate alla sicurezza.

Questo studio ha studiato specificamente le proprietà di luminescenza persistente (PersL) delle ceramiche: Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺,Dy³⁺,B³⁺ (blu-emitting@490 nm, SAO-B) e SrAl₂O₄: Eu²⁺,Dy³⁺,B³⁺ (verde-emitting@520 nm, SAO-G). Fondamentalmente, attraverso esperimenti dettagliati sulla termoluminescenza (TL), si potrebbe valutare sistematicamente la distribuzione della profondità delle trappole e la stabilità luminescente di questi materiali sotto l'ultravioletto (UV^)11,12 e la pre-eccitazione visibile (ad esempio, 450 nm^)13,14. Si noti che B³⁺ promuove la formazione di fase/sinterizzazione e modula la chimica dei difetti/distribuzione delle trappole negli alluminati (spesso tramite comportamento glass-former/flux), migliorando la stabilità del PersL a calori^{moderati 5,15}. Il segnale dei fosfori SAO può essere misurato tra 50 e 450 K. Le caratterizzazioni TL forniscono informazioni fondamentali sui meccanismi che stanno alla base del comportamento luminescente^{persistente 16}, rivelando trappole di elettroni più profonde e durate di decadimento più lunghe in SAO-B, insieme a intensità di emissione iniziali più forti in SAO-G.

Partendo da queste intuizioni fondamentali, colmiamo il vuoto di ricerca tramite (i) caratterizzazione PersL/TL affiancata a fianco in condizioni identiche e (ii) dimostrazioni protocollate di tag ottici codificati in tempo/temperatura. Proponiamo strategie innovative per applicazioni anti-contraffattazione 'a temperatura risolta' e 'a risoluzione temporale'. Questo approccio sfrutta le caratteristiche distintive e dipendenti dalla fase del PersL dei materiali studiati, dimostrando schemi dinamici di emissione che si evolvono prevedibilmente nel tempo e nella temperatura. Pertanto, l'indagine completa non solo contribuisce alle conoscenze essenziali sulla luminescenza controllata da trappole, ma fornisce anche un quadro pratico per ottimizzare i materiali basati su SAO per applicazioni tecnologiche avanzate nell'etichettatura di sicurezza, nell'illuminazione di sicurezza e nei display dinamici.

Protocol

NOTA: Una panoramica schematica dei materiali e del flusso di lavoro è mostrata nella Figura 1, e il sistema di misurazione è mostrato nella Figura 2. Segue il protocollo standard dettagliato e passo dopo passo per misurare le proprietà di luminescenza persistente (PersL) e termoluminescenza (TL) delle ceramiche SAO-B e SAO-G pre-eccitate da UV, basato sulla procedura sperimentale clinica.

1. Preparazione e prelavorazione del campione

1. Prepara il campione.
   1. I campioni PersL possono essere polveri o ceramiche e cristalli di grandi dimensioni. Misurare le polveri seguendo il seguente programma: premere i pellet di SAO-B e SAO-G sotto una pressione uniassiale di 3,5 tonnellate per 5 minuti.
      NOTA: Ogni esemplare aveva una massa tipica di ~120 mg per una forma uniforme di 10 mm di diametro e 1,0 mm di^{spessore 17}.
   2. Rimuovere tutte le trappole dei campioni PersL riscaldandoli. Riscaldare a 350 K per 10 minuti elimina solo le trappole superficiali e lascia trappole più profonde che non influenzano il PersL a temperatura ambiente (RT). Per una pre-pulizia completa, riscalda a 480 K per 10 minuti prima delle misurazioni. Si noti che questa temperatura può variare da un materiale all'altro.
2. Lo stoccaggio avviene dopo lo svuotamento della trappola.
   1. Applica uno strato sottile e uniforme di pasta d'argento sul portacampioni.
   2. Aspetta 10-15 minuti finché la pasta non è completamente asciutta e la polvere è ben attaccata.

2. Montaggio del campione

1. Monta il supporto.
   1. Usa sempre le stesse viti per il portacampioni, abbinando esattamente le posizioni.
   2. Stringi le viti in modo trasversale, girando tre volte per garantire una pressione uniforme.
2. Installa la camera interna.
   1. Inserisci la camera interna (con fori aperti su tutti i lati) sul supporto del campione.
3. Attacca la camera esterna.
   1. Posiziona la camera esterna con la finestra ostruita rivolta verso l'alto (per eccitazione visibile in ultravioletto [UV-Vis]).
   2. Tieni la valvola chiusa durante questo processo.

3. Preparazione del sistema e pompaggio

1. Accendi la pompa: avvia la pompa del vuoto con la valvola chiusa.
2. Monitorare lo stato della pompa: Quando l'indicatore della pompa passa dal giallo (lampeggiante) al verde, apri la valvola.
3. Pre-pompaggio: Tieni la valvola aperta e attendi 15-20 minuti per garantire un vuoto adeguato.
4. Monitorare la pressione.
   1. Durante il pompaggio, controlla il manometro: lampeggiamento rosso = pressione del gas (scala nera); Lampeggiamento verde = pressione (scala rossa).
   2. Assicurati che la pressione finale sia inferiore a 1 × ^10-3 (mbar) prima di aprire la valvola della camera.

4. Installazione ottica e schermatura luminosa

1. Installa fibra ottica e schermatura.
   1. Regola la fibra per ottimizzare la raccolta della luce emmessa.
   2. Copri tutto l'allestimento con una coperta nera per evitare luci vaganti e eccitazioni di fondo.

5. Raffreddamento e controllo della temperatura (per TL)

1. Raffreddamento ad acqua: Apri l'approvvigionamento d'acqua prima di usare il criostato e il compressore.
2. Regolatore di temperatura: Accendi il controller. Imposta la portata del riscaldatore (ad esempio, 50 mW) e la temperatura obiettivo (ad esempio, 10 K). Poi, usa il menu indicato e conferma le impostazioni due volte.
3. Permette al sistema di raggiungere la temperatura obiettivo.
4. Aspetta che la temperatura scenda sotto i 150 K prima di chiudere di nuovo la valvola.
5. Continua a pompare per assicurarti che il portacampioni rimanga sotto vuoto.
   NOTA: Alla fine dell'esperimento, il campione può raggiungere una temperatura elevata (~500 K). Ripristina sempre il riscaldamento a 10 K prima di finire. Non spegnere mai il compressore finché la temperatura non scende sotto i 350 K per evitare danni agli apparecchi.

6. Eccitazione e misurazione

1. Opzione A: Per luminescenza persistente (PersL):
   1. Pre-eccitazione: Illuminare il campione con luce UV (ad esempio, eccitazione LED UV a 275 nm, 2 mW·^cm-2, e per altre informazioni dettagliate, consultare la Tabella Supplementare 1) o con luce visibile per il tempo desiderato (tipicamente 5 min⁾¹⁸.
      NOTA: La fotocamera e lo spettrometro sono stati utilizzati con un tempo di integrazione (esposizione) di 2 s. Il guadagno del rilevatore era impostato sulla sensibilità predefinita (non regolabile dall'utente). È stata applicata una finestra di cancellazione di circa 3 secondi. La distanza di raccolta era di 5 cm, con la fessura d'ingresso completamente aperta e senza alcuna grata installata. Sono state eseguite sottrazioni di sfondo e correzione del fotogramma scuro. Dopo l'eccitazione, l'intensità dell'emissione veniva registrata immediatamente e continuamente nel tempo (da secondi a diversi minuti o ore) utilizzando una telecamera ICCD controllata dal pacchetto software WinSpec32. Altri parametri di rilevamento e acquisizione si trovano nella Tabella Supplementare 1. Questi parametri erano costanti per tutte le misurazioni, salvo diversa specificazione nelle didascalie delle singole figure.
   2. Raccogliere PersL: eseguire misurazioni PersL su un campione pre-eccitato. La luce di emissione viene raccolta tramite una fibra ottica tramite una camera ICCD (dispositivo accoppiato a carica intensificata) raffreddata a -65 °C abbinata a uno spettrometro per l'analisi spettrale.
   3. Dopo l'eccitazione, registra immediatamente e nel tempo l'intensità dell'emissione (da secondi a diversi minuti o ore), utilizzando la telecamera ICCD e il sistema software di rilevamento.
2. Opzione: B Per termoluminescenza (TL):
   1. Pre-eccitazione: Come descritto sopra, eccita il campione con luce UV o visibile.
   2. Rampa di temperatura: Dopo l'eccitazione, aumentare la temperatura del campione a una velocità controllata (ad esempio, 10 K·^min-1) fino alla temperatura obiettivo (ad esempio, 470 K).
   3. Registra continuamente gli spettri di emissione (luminescenza) man mano che la temperatura aumenta.

7. Finitura e sicurezza

1. Assicurati che il riscaldatore sia impostato al punto di regolazione di bassa temperatura (ad esempio, 10 K).
2. Lascia scendere la temperatura sotto i 350 K prima di spegnere il compressore. Lascia che la camera raggiunga la pressione atmosferica prima di aprirsi.
3. Smonta la camera e il portacampioni dopo che il sistema raggiunge la RT.

8. Gestione dei dati

1. Analizza le curve di decadimento PersL e le curve di glow TL usando software di rilevamento.
2. Assicurarsi che i dati siano etichettati con tipo di eccitazione, campione, data e condizioni sperimentali rilevanti.
   NOTA: Necessariamente, prima di iniziare, svuotare tutti i trappole riscaldando i campioni a 350 K (la temperatura di detraping è correlata ai materiali). Proteggi sempre il sistema dalla luce ambientale durante le misurazioni sensibili. Etichetta e traccia tutti i campioni per la ripetibilità. Mantenere i registri di pressione, temperatura e stato del sistema per la risoluzione dei problemi e la riproducibilità. Per la massima riproducibilità, utilizzare sempre la stessa procedura per tutti i campioni e annotare eventuali deviazioni. Per la riproducibilità, eccitazione e rilevamento devono essere controllati, come intensità, distanza di rilevamento e tempo.

Results

Le proprietà di luminescenza persistente (PersL) di SAO-B e SAO-G sono state confrontate sistematicamente a temperatura ambiente dopo eccitazione UV a 275 nm, come mostrato negli spettri di emissione di entrambi i composti (Figura 3A). SAO-B emette luce blu che raggiunge un picco di 490 nm; al contrario, SAO-G emette valori verdi, raggiungendo un picco a 520 nm. Entrambi i composti hanno presentato eccezionali proprietà PersL e un'emissione di lunga durata corrispondente alla transizione 5d-4f di Eu²⁺. In particolare, SAO-B mostrava un decadimento più lungo rispetto a SAO-G (Figura 3B).

Il picco TL corrisponde alla transizione 5d-4fdi EU²⁺ per i due campioni. I segnali TL forti compaiono sopra i 300 K per SAO-B e sopra 250 K per SAO-G (Figura 4). L'intensità massima TL di SAO-B è comparabile a quella di SAO-G, indicando che l'eccitazione UV è efficiente per la transizione elettronica di entrambi i campioni. In dettaglio, le curve di bagliore TL rivelano un picco ampio centrato a 350 K per SAO-B (curva blu), mentre SAO-G mostra due picchi distinti a 290 K e 320 K (curva verde), il che significa una distribuzione più ampia della profondità dei trappole. Usando la formula¹⁹ di Urbach, si può ottenere:

(E =_{T max} / 500)

Le profondità di trappola calcolate sono 0,78 eV per SAO-B e 0,62 eV per SAO-G⁵. In generale, SAO-B mostra trappole elettroniche più profonde, risultando in un post-bagliore significativamente più lungo rispetto a SAO-G.

La PersL ultra-lunga osservata a temperatura ambiente (RT, ~300 K) è presentata nel Video Supplementare 1. Questi materiali ceramici SAO hanno potenziali applicazioni in applicazioni anti-contraffazione. Un marchio bicolore anti-contraffazione 'PSL' era realizzato con le ceramiche SAO-B e SAO-G PersL (Figura 5, Video Supplementare 1). Dopo la pre-eccitazione UV, questo pattern anti-contraffattazione emetteva un doppio colore per più di 1 ora.

Inoltre, il video presenta anche una nuova strategia di 'anti-contraffazione risolta dalla temperatura', utilizzando il PersL SAO-G e SAO-B (Figura 6, Video Supplementare 2). Questi fosfori mostrano risposte luminescente distintive durante la stimolazione termica, permettendo la loro integrazione nell'etichettatura di sicurezza. L'applicazione si basa sul comportamento TL dei materiali SAO. A temperatura ambiente ~300 K, si osserva un forte PersL. Man mano che la temperatura aumenta lentamente fino a 330 K, si verificano cambiamenti sistematici nell'intensità della luminescenza e nelle caratteristiche di emissione. A 370 K, si registra una significativa riduzione dell'intensità PersL dal 'CHIMIE' segnato dal verde rispetto al 'PARIS' segnato dal blu. Infine, a 420 K, l'emissione persistente del verde marchiato 'CHIMIE' è indistinguibile. Solo il blu con la scritta 'PARIS' emette. Con un tasso controllato di aumento della temperatura, sia il tempo che la temperatura influenzano il comportamento della luminescenza. Questa proprietà di 'dipendenza tempo/temperatura dall'archiviazione ottica delle informazioni' offre un meccanismo anti-contraffazione altamente sicuro.

Figura 1: Schema di luminescenza persistente (PersL) di SAO dopata con materiali ceramici Eu²⁺, Dy³⁺, B³ +. Schema di SAO-B vs SAO-G che mostra i centri di emissione di EU²⁺ e il paesaggio concettuale delle trappole (trappole elettroniche correlate a Dy; modulazione di reti/difetto assistita da B). Il concetto dinamico di anti-contraffazione combina risposte dipendenti dal tempo e dalla temperatura all'interno di una famiglia di materiali. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Impostazione della misurazione delle proprietà PersL e termoluminescenza (TL) delle ceramiche SAO-B e SAO-G, pre-eccitate dalla luce UV. Panoramica della camera a vuoto/criostato, del percorso di eccitazione UV/visibile, della raccolta a fibre accoppiate e della catena di rilevamento utilizzata per l'imaging PersL, gli spettri PersL e l'acquisizione della TL. I punti di blocco chiave sono indicati: indicatore della pompa verde; pressione ≤ 1 × ^10-3 mbar; Terrario impermeabile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Spettri di luminescenza persistenti e curve di decadente. (A) Spettri di luminescenza persistente e (B) curve di decadimento dei fosfori SAO-B e SAO-G. Spettri di emissione e curve di decadimento di SAO-B (blu) e SAO-G (verde) registrati dopo 5 minuti di pre-eccitazione UV a 275 nm (LED; ≈ 2 mW ^cm-2). Tempo di integrazione = 2 s; cancellazione ≈ 3 s; guadagno del rivelatore = sensibilità predefinita; distanza di raccolta = 5 cm; fessura completamente aperta; nessun fastidio; Sottrazione a fotogramma scuro applicata. Media ± DS (n = 3) con sfumatura CI del 95%. Acquisizione tramite telecamera ICCD e software Winspec32-Princeton . Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Termoluminescenza (TL) dei fosfori SAO-B e SAO-G. Intensità TL vs. temperatura (β = 10 K ^min-1; 50-450 K) ottenuta con impostazioni di rilevamento identiche a quelle della Figura 3. Integrazione = 2 s; distanza di raccolta = 5 cm; Sottrazione di background applicata. Le curve rappresentano la media ± DS (n = 3) con intervalli di confidenza ombreggiati al 95%. I parametri completi di acquisizione sono forniti nella Tabella Supplementare 1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Anti-contraffazione risolta nel tempo utilizzando i fosfori SAO-B e SAO-G. Il video originale anti-contraffazione con risoluzione temporale è mostrato nel Video Supplementare 1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Anti-contraffazione risolta in temperatura utilizzando i fosfori SAO-B e SAO-G. Il video originale anti-contraffazione risolto nel tempo è mostrato nel Video Supplementare 2. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tabella supplementare 1: Parametri di rilevamento e acquisizione. Clicca qui per scaricare questo file.

Video supplementare 1: Tempo risolto anticounterfeiting.mp4 Clicca qui per scaricare questo file.

Video supplementare 2: anticounterfeiting.mp4 risolta dalla temperatura Clicca qui per scaricare questo file.

Discussion

La riproduzione efficace di questo protocollo si basa sul controllo preciso di diversi parametri sperimentali. Geometria uniforme del campione (spessore del pellet ~1 mm e diametro 8-10 mm) garantisce eccitazione e gradienti termici costanti. Il livello di vuoto deve essere verificato a 1 o sotto 1 × ^10-3 mbar con l'indicatore della pompa nella gamma "verde" prima che inizi l'eccitazione. L'acquisizione immediata dei dati (ritardo < 0,5 s dopo la chiusura dell'otturatore) è essenziale per catturare con precisione la cinetica di decadimento nelle prime fasi della luminescenza persistente (PersL). Deve essere mantenuta un'irradianza costante nel piano campione (~2 mW·^cm-2 per eccitazione a 275 nm) per garantire il riempimento riproducibile della trappola. Il tasso di rampa di temperatura per le misurazioni della termoluminescenza (TL) deve rimanere stabile a 10 K·^min-1 per permettere un confronto quantitativo dei picchi di bagliore tra diversi campioni. Infine, una sottrazione uniforme dei fotogrammi scuri e la normalizzazione su tutte le corse sono fondamentali per un confronto valido dell'intensità e un adattamento cinetico.

Se i segnali PersL a tempo precoce si avvicinano alla saturazione del rivelatore, si dovrebbe ridurre o l'irradianza di eccitazione o il tempo di esposizione mantenendo un guadagno costante. Un'emissione debole dopo cicli ripetuti può indicare uno svuotamento incompleto della trappola; in tal caso, preriscaldare il campione a 420 K per 10 minuti prima della successiva prova per rimuovere le cariche residue dalle trappole profonde. I livelli di base incoerenti tra una prova e l'altra derivano tipicamente dalla deriva di temperatura nel contenitore del campione. Concedendo poi un periodo di equilibrio di 5 minuti prima dell'eccitazione si minimizza questa variazione. Quando persistono rapporti segnale-rumore bassi, si restringe l'apertura di raccolta o si aggiunge un filtro passa-banda ottico centrato a 520 nm per sopprimere la luce UV vaga.

Se l'eccitazione visibile (450-470 nm) produce emissioni trascurabili, aumentare il tempo di esposizione a 5-10 secondi o tornare all'eccitazione UV, poiché le code di assorbimento di EU²⁺ in questo intervallo sono significativamente più deboli. L'intensità è anche legata al tipo e alla quantità dei materiali nelle misurazioni. Verifica sempre che la correzione in background sia abilitata in WinSpec32 o in altri software di rilevamento prima di salvare gli spettri per evitare rumore residuo nel buio.

In entrambi i fosfori PersL SAO, Eu²⁺ agisce come centro emittente tramite la transizione 4f⁶5d¹ 4f⁷, mentre Dy³⁺ introduce trappole elettronici che catturano e rilasciano gradualmente i portatori di carica a temperatura^{ambiente 5}. L'incorporazione di B³⁺ favorisce la densificazione del reticolo e modifica gli ambienti di vuoto di ossigeno, portando a stati di trappola leggermente più profondi e a una durata prolungata di^{PersL 5}. Tuttavia, le differenze nei comportamenti di luminescenza persistente (PersL) e termoluminescenza (TL) tra SAO-G e SAO-B sono dovute alla loro diversa struttura cristallina. _{SrAl 2}O₄ cristallizza nei parametri del reticolo polimorfo monoclinico: a = 8,447 Å; b = 8.816 Å; c = 5.163 Å; β = 93.42°; Gruppo spaziale P21, Z = 4. Sr₄Al₁₄O₂₅ cristallizza nel gruppo ortorombico dello spazio Pmma con a = 24,745 Å, b = 8,473 Å, c = 4,881 Å, Z = 2⁵. Queste differenze strutturali modulano il campo cristallino locale attorno a Eu²⁺, spostando il livello energetico 5d rispetto alla banda di conduzione. In SAO-B con una coordinazione Sr-O più stretta, lo stato Eu²⁺ 5d si avvicina al minimo della banda di conduzione, facilitando la generazione di trappole più profonde e termicamente più stabili (a 0,78 eV) che sostengono l'emissione su scale temporali più lunghe. Al contrario, in SAO-G, un gap 5d-CB leggermente maggiore produce trappole più basse (a 0,62 eV) che rilasciano cariche più rapidamente, generando un intenso ma di durata^{inferiore 5}.

Questo studio confronta due fasi rappresentative di Sr-aluminato senza variazioni sistematiche delle concentrazioni di dopanti. I lavori futuri dovrebbero includere serie non dopate SAO, solo UE e co-doping Dy/B per chiarire i contributi individuali di ciascun dopante alla formazione della trappola e all'effetto di luminescenza persistente. L'estinzione termica sopra i 420 K riduce l'intensità di emissione e limita la leggibilità ad alta temperatura, suggerendo la necessità di co-dopanti con profondità di trappola maggiori per il funzionamento a temperature elevate. Inoltre, la lettura ottica qui dimostrata si basa su rivelatori di grado laboratorio; I rivelatori portatili possono richiedere una calibrazione fine per mantenere una sensibilità comparabile.

Le tradizionali strategie dinamiche anti-contraffazione spesso dipendono da compositi a materiale misto che combinano più fosfori di colori diversi o decadono multipli^{per 4}. Questi approcci possono soffrire di dispersione disomogenea, diafonia ottica e degradazione dei singoli componenti sotto eccitazione ripetuta. Al contrario, l'approccio SAO dipendente dalla fase impiegato qui sfrutta differenze strutturali intrinseche all'interno di una singola famiglia chimica, fornendo risposte riproducibili e chimicamente stabili dipendenti dal tempo e dalla temperatura senza miscelare complesse. Questa strategia monofamiliare semplifica la formulazione dell'inchiostro, migliora la compatibilità nei dispositivi multilayer e mantiene dinamiche di emissione prevedibili tra i lotti di fabbricazione. Sebbene la gamma di colori raggiungibile sia più ristretta rispetto a quella dei sistemi multi-fosforo, il guadagno in riproducibilità e comportamento di persistenza regolabile offre chiari vantaggi per applicazioni pratiche di marcatura ottica e sicurezza.

Questo protocollo stabilisce un quadro riproducibile per valutare PersL e TL nelle ceramiche basate su SAO, enfatizzando passaggi critici come l'integrità del vuoto, la precisione temporale e la segnalazione dei parametri. La combinazione di parametri quantitativi di acquisizione e discussioni meccanicistiche fornisce una base per estendere questo sistema luminescente dipendente dalla fase a sensori sensibili alla temperatura e dispositivi dinamici anti-contraffattore. Come prospettiva, le ceramiche SAO PersL non solo possono essere incorporate nell'inchiostro per motivi anti-contraffazione a rapido successo, ma possono anche essere miscelate con altri materiali commerciali per la bioimaging^{20, 21, 22} e la stampa^{3D 23, 24}. Si prevede che i fosfori di alluminato di stronzio PersL a colorazione sintonizzabile contribuiranno a una nuova generazione di tecnologie di etichettatura ottica dell'informazione e anti-contraffazione.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
LED da 405 nm	Thorlabs	N/A	Sorgente di eccitazione per le misurazioni TL
LED da 455 nm	Thorlabs	N/A	Sorgente di eccitazione per luminescenza persistente
Spettrometro Acton SpectraPro 2150i	Princeton Instruments	Acton Spectra Pro	Monocromatore visibile; 300 scanalature/mm, centrate a 500 nm; abbinato a ICCD per la lingua di riferimento
Acido borico (H3BO3)	Sigma-Aldrich	10043-35-3	Precursore per il doping B3+ nella reazione allo stato solido
Criostato a flusso di he-ciclo chiuso	Criogenia Sumitomo	HC-4E	Usata per esperimenti TL, fino a 15 K
Piastra riscaldante	Thermo Scientifi	88880004	Utilizzato per preriscaldare campioni per la detrapazione termica prima delle misurazioni QY
Campo di luce	Princeton Inc.	N/A	Software di rilevamento
Bromuro di potassio (KBr)	Sigma-Aldrich	7758-02-3	Usate come matrice per pellet (campione da 50 mg + 300 mg KBr & rarr; pressati in pellet di diametro 1 cm e spessore di 2 mm)
Scientific Pixis 100 ICCD camera	Princeton Instruments (Roper Scientific)	Pixis 100	Camera ICCD; Usato per TL, PersL, rilevamento RL (raffreddato a e meno; 65 & deg; C per misurazioni a raggi X)
Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,B3+ campione	BREVALOR Sà RL	Daniel Rytz preparò	Sintetizzato in laboratorio tramite reazione allo stato solido a 1400 &grad; C usando ossidi (purezza 4 N); Eu2+ ~1,0% mol%, Dy3+ ~1,5% mol%, B3+ ~17,5% mol%.
SrAl2O4:Eu2+,Dy3+,B3+ campione	BREVALOR Sà RL	Daniel Rytz preparò	Polveri commerciali; Eu2+ ~1,5% mol%, Dy3+ ~5,0% mol%, B3+ ~0,9% wt%.
Regolatore di temperatura	Riva del lago	Modello 340	Collegato al criostato per il controllo della linea di riferimento
Winspec32	Winspec33	N/A	Software di rilevamento