Method Article

Stronsiyum alüminat fosforlarda tuzak derinliği ve kalıcı lüminesansın faz bağımlı kontrolü

DOI:

10.3791/69595

⸱

December 5th, 2025

 ,  , 
1PSL University, Chimie ParisTech, IRCP-CNRS, 2BREVALOR Sàrl

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, termolüminesans (TL) ve kalıcı lüminesans (PersL) gibi iki kalıcı lüminesans seramiğin standart optik ölçümlerini incelemektedir: SAO-B (mavi) ve SAO-G (yeşil). Elektron tuzağı derinliğini kontrol ederek, bu çalışma 'sıcaklık çözmeli' ve 'zaman çözünürlüğü' dinamik sahtecilik karşıtı yöntemleri yeniliyor.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kalıcı parlak (PersL) malzemeler, ön uyarıma sonrası uzun süreli yayılmaları nedeniyle görselleştirme, sinyalizleme, biyogörüntüleme ve sahte önleme alanlarında önemli ilgi görmüştür. Ancak, hem uzun emisyon süreleri hem de stabil lüminesans elde etmek hâlâ zordur. Bu çalışmada, daha önce laboratuvarda sentezlenen iki seramik öneriyoruz: Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+, B3+ (mavi-emitting@490 nm, SAO-B) ve SrAl2O4: Eu2+, Dy3+, B3+ (yeşil-emitting@520 nm, SAO-G) ve stronsiyum alüminat fosforlara ait. Bu çalışma, ayrıntılı termolüminesans (TL) ve PersL karakterizasyonlarını içeren kapsamlı bir deneysel yaklaşımı göstermektedir. Çeşitli uyarılma kaynakları (UV ve görünür ışık) altında, SAO-B'nin daha derin tuzaklar ve daha uzun bozulma süreleri sergilediğini, SAO-G'nin ise daha güçlü başlangıç emisyon yoğunluğu gösterdiğini tespit ettik. Ayrıca, video birkaç saniyeden dakikaya kadar geniş bir zaman diliminde iki yeni 'sıcaklık çözümlü' ve 'zaman çözünüreli' dinamik sahte karşıtı teknolojiyi kaydediyor. Sağlanan metodoloji, güvenlik, güvenlik aydınlatması ve dinamik ekran uygulamaları için kalıcı fosforları optimize etmeyi hedefleyen araştırmacılar için değerli bir referans kaynağı olarak hizmet vermektedir.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yüksek kaliteli sahtecilik karşıtı uygulamalar genellikle birkaç farklı parlak malzemenin karıştırılmasıyla oluşan çok renkli emisyonlardanfaydalanır 1; bu da arayüz uyumsuzluğu, daha yüksek maliyetler 2,3, tutarsız kalite gibi sorunların çözümüne yol açar; bu da sahteciliğe karşı duyarlılığı artırabilir4. Gerçekten de, aynı matrislerin/bileşimin kullanılması basitleştirilmiş üretimi önerir, kimyasal ve fiziksel kararlılığı artırır; bu da dalga boyu ayarlama veyayapısal tasarım 5 yoluyla potansiyel çok kanallı optik sinyal sağlar ve böylece sahtekarlığa karşı verimliliği artırır6. Bu potansiyele rağmen, mavi ve yeşil yayan stronsiyum alüminat (SAO) malzemelerinin benzersiz faz bağımlı parıltı özelliklerinden yararlanarak dinamik, zaman çözünürlüğüne sahip sahte eşyalar 7,8 oluşturulması konusunda sınırlı araştırmalar yapılmıştır.

Mavi ve yeşil SAO fosforları, Eu2+ emisyonu ve kusura bağlı tuzak yapılarıyla yönetilen karakteristik kalıcı lüminesans (PersL) ve termolüminesans (TL) özelliklerisergiler. 5,9. Yeşil SrAl2O4: Eu2+, Dy3+ 510-520 nm aralığında yoğun ve uzun süreli bir parıltı gösterir; burada Eu2+ parlak merkez olarak görev yaparken, Dy3+ (içsel kusurlarla birlikte) oda sıcaklığında yük taşıyıcılarını yavaş yavaş serbest bırakan geniş bir elektron tuzakları dağılımını sağlar ve güçlü PersL üretir. TL bu malzeme üzerine yapılan çalışmalar, sığ ve derin tuzaklara karşılık gelen birden fazla parlayan zirve göstererek, olağanüstü kalıcılığının 9,10 tuzak derinliklerinde termal olarak aktifleşmiş taşıyıcı salınımından kaynaklandığını doğrular. Buna karşılık, mavi Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+ 440-490 nm aralığında yayılır ve derin tuzaklar olduğunda genellikle uzun bir parıltı gösterir. TL ölçümleri, daha yüksek sıcaklıklarda (350-440 K) belirgin parlayan zirveler gösteriyor; bu da yeşilfaz 9,11'e kıyasla daha derin tuzak seviyelerini gösteriyor. PersL ve TL analizleri birlikte, bu SAO fosforlarının spektral rengi, bozulma davranışı ve parıltı süresinin Eu2+ emisyonu ile ko-dopantlar ve kafes defektleri tarafından oluşturulan tuzak derinlik dağılımı arasındaki etkileşimle kontrol edildiğini göstermektedir. SAO-B ve SAO-G bireysel olarak iyi incelenmiş olsa da, faza bağlı eşleşmeleri tek aile kimyasıyla dinamik sahtecilikle mücadele için açıkça kullanılmamıştır. Bu araştırma açığını kapatmak, yüksek performanslı, güvenlik odaklı uygulamalar için SAO malzemelerinin geliştirilmesini önemli ölçüde ilerletebilir.

Bu çalışma, seramiklerin kalıcı lüminesans (PersL) özelliklerini özellikle incelemiştir: Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,B3+ (mavi-emitting@490 nm, SAO-B) ve SrAl2O4: Eu2+,Dy3+,B3+ (yeşil-emitting@520 nm, SAO-G). Önemli olarak, ayrıntılı termolüminesans (TL) deneyleri sayesinde, bu malzemelerin tuzak derinlik dağılımları ve ultraviyole (UV)11,12 altında ve görünür ön uyarılma (örneğin, 450 nm)13,14 altında sistematik olarak değerlendirilebilir. B3+ faz oluşumunu/sinterlemeyi teşvik eder ve alüminatlarda kusur kimyası/tuzak dağılımını modüle eder (genellikle cam oluşturan/akı davranışı yoluyla), ortaısıda PersL stabilitesini iyileştirir 5,15. SAO fosforlarının sinyali 50-450 K arasında ölçülebilir. TL karakterizasyonları, kalıcı parlakdavranışın 16 temelini oluşturan mekanizmalar hakkında kritik içgörüler sunar; SAO-B'de daha derin elektron tuzakları ve daha uzun bozunma süreleri ortaya çıkarır; ayrıca SAO-G'de daha güçlü başlangıç emisyon yoğunlukları ortaya çıkarır.

Bu temel içgörsellere dayanarak, araştırma boşluğunu (i) aynı koşullar altında yan yana PersL/TL karakterizasyonu ve (ii) zaman/sıcaklık kodlu optik etiketlerin protokollü gösterimleriyle dolduruyoruz. 'Sıcaklık çözülen' ve 'zamanla çözülen' sahtecilik karşıtı uygulamalar için yeni stratejiler öneriyoruz. Bu yaklaşım, incelenen malzemelerin ayırt edici ve faz bağımlı PersL özelliklerini kullanarak zaman ve sıcaklık içinde öngörülebilir şekilde gelişen dinamik emisyon desenlerini gösterir. Böylece, kapsamlı araştırma sadece tuzak kontrollü lüminesans hakkında temel bilgiye katkı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda güvenlik etiketleme, güvenlik aydınlatması ve dinamik ekranlarda ileri teknolojik uygulamalar için SAO tabanlı malzemelerin optimize edilmesi için pratik bir çerçeve sunar.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

NOT: Malzemelerin ve iş akışının şematik bir özeti Şekil 1'de, ölçüm sistemi ise Şekil 2'de gösterilmiştir. Aşağıda, UV ile önceden uyarılan SAO-B ve SAO-G seramiklerinin kalıcı lüminesans (PersL) ve termolüminesans (TL) özelliklerini ölçmek için ayrıntılı ve adım adım standart protokol yer almaktadır; bu protokol bu klinik deneysel prosedüre dayanmaktadır.

1. Numune hazırlama ve ön işleme

  1. Numuneyi hazırla.
    1. PerSil örnekleri toz veya büyük boyutlu seramik ve kristaller olabilir. Tozları aşağıdaki programla ölçün: SAO-B ve SAO-G peletlerini 3,5 ton tek eksenli basınçta 5 dakika boyunca basın.
      NOT: Her örnek tipik kütlesi ~120 mg idi; bu kütle, çapı 10 mm ve kalınlığı 1,0 mm olan bir şeklesahipti.
    2. PersL örneklerinin tüm tuzaklarını ısıtarak çıkarın. 350 K'da 10 dakika ısıtmak sadece sığ/yüzey tuzaklarını temizler ve oda sıcaklığında (RT) PersL'yi etkilemeyen daha derin tuzaklar bırakır. Tam ön temizlik için, ölçümlerden önce 10 dakika boyunca 480 K'da ısıtın. Bu sıcaklığın malzemeden malzemeye değişebileceğini unutmayın.
  2. Depolama işlemi tuzak boşaldıktan sonra gerçekleşir.
    1. Numune tutucuya ince, düzgün bir gümüş macun tabakası uygulayın.
    2. Macun tamamen kuruyana ve tozun sıkıca yapışmasına kadar 10-15 dakika bekleyin.

2. Numunenin montajı

  1. Tutucuya monte et.
    1. Numune tutucu için her zaman aynı vidaları kullanın, pozisyonları tam olarak eşleştirin.
    2. Vidaları çapraz bir desenle sıkın, üç kez dönerek eşit basıncı sağlayın.
  2. İç hazneyi takın.
    1. İç hazneyi (her yanda açık deliklerle) örnek montajına yerleştirin.
  3. Dış hazneyi takın.
    1. Dış odayı bloklanmış pencere yukarıya bakacak şekilde yerleştirin (ultraviyole görünür [UV-Vis] uyarılma için).
    2. Bu süreçte valfi kapalı tutun.

3. Sistem hazırlığı ve pompalama

  1. Pompayı açın: Vakum pompasını vana kapalı şekilde çalıştırın.
  2. Pompa durumunu izleyin: Pompa göstergesi sarıdan (yanıp sönen) yeşile geçtiğinde, valfi açın.
  3. Ön pompalama: Valfi açık tutun ve yeterli vakum için 15-20 dakika bekleyin.
  4. Basıncı izle.
    1. Pompalama sırasında manometreyi kontrol edin: Kırmızı yanıp sönme = gaz basıncı (siyah ölçek); Yeşil yanıp sönme = basınç (kırmızı ölçek).
    2. Valfi odaya açılmadan önce son basıncın 1 × 10-3 (mbar) üzerinden düşük olduğundan emin olun.

4. Optik kurulum ve ışık koruması

  1. Fiber optik ve koruma takın.
    1. Yayılan ışık toplamayı optimize etmek için lifi ayarlayın.
    2. Dağınık ışık ve arka plan uyarıcılığını önlemek için tüm düzeni siyah bir battaniyeyle örtün.

5. Soğutma ve sıcaklık kontrolü (TL için)

  1. Su soğutma: Kriyostat ve kompresörü kullanmadan önce su kaynağını açın.
  2. Sıcaklık kontrolörü: Kontrolciyi açın. Isıtıcı aralığını (örneğin 50 mW) ve hedef sıcaklığı (örneğin 10 K) ayarlayın. Sonra, gösterilen menüyü kullanın ve ayarları iki kez onaylayın.
  3. Sistemin hedef sıcaklığa ulaşmasına izin verin.
  4. Vanayı tekrar kapatmadan önce sıcaklığın 150 K'nin altına düşmesini bekleyin.
  5. Numune tutucusunun vakum altında kalmasını sağlamak için pompalamaya devam edin.
    NOT: Deneyin sonunda örnek yüksek bir sıcaklığa (~500 K) ulaşabilir. Bitirmeden önce ısıtıcıyı her zaman 10 K'ya sıfırlayın. Cihaz hasarını önlemek için sıcaklık 350 K'nin altına düşene kadar kompresörü asla kapatmayın.

6. Uyarılma ve ölçüm

  1. Seçenek A: Kalıcı lüminesans için (PersL):
    1. Ön uyarılma: Örneği istenen süre boyunca (örneğin, 275 nm UV LED uyarılma, 2 mW·cm-2 ve diğer detaylı bilgiler için Ek Tablo 1'e bakınız) veya görünür ışıkla aydınlatmak (genellikle 5 dakika)18.
      NOT: Kamera ve spektrometre, 2 saniyelik bir entegrasyon (pozlama) süresiyle çalıştırıldı. Dedektör kazancı varsayılan hassasiyete ayarlanmıştı (kullanıcı tarafından ayarlanamıyordu). Yaklaşık 3 saniyelik bir kapı penceresi uygulandı. Toplama mesafesi 5 cm'ydi, giriş tamamen açık ve ızgara takılmadı. Arka plan çıkarma ve karanlık kare düzeltmesi yapıldı. Uyarımdan sonra, emisyon yoğunluğu WinSpec32 yazılım paketiyle kontrol edilen bir ICCD kamera kullanılarak hemen ve sürekli olarak (saniyelerden birkaç dakika veya saate) kaydedildi. Diğer tespit ve alım parametreleri Ek Tablo 1'de bulunabilir. Bu parametreler, bireysel şekil başlıklarında aksi belirtilmedikçe tüm ölçümler için sabitti.
    2. PersL Toplama: Önceden uyarılmış bir örnek üzerinde PersL ölçümleri yapın. Emisyon ışığı, -65 °C soğutulan, yoğun yüklü bağlı cihaz (ICCD) kamerası ve spektrometre ile spektrometre ile optik fiber aracılığıyla toplanır.
    3. Uyarımdan sonra, emisyon yoğunluğunu hemen ve zamanla (saniyelerden birkaç dakika veya saate) ICCD kamera ve tespit yazılımı sistemiyle kaydedin.
  2. Seçenek: B Termolüminesans için (TL):
    1. Ön uyarılma: Yukarıda açıklandığı gibi, örneği UV veya görünür ışıkla uyarın.
    2. Sıcaklık rampası: Uyarıldıktan sonra, örnek sıcaklığını kontrol edilen bir hızda (örneğin, 10 K·min-1) hedef sıcaklığa (örneğin 470 K) yükseltin.
    3. Sıcaklık arttıkça emisyon (lüminesans) spektrumlarını sürekli kaydet.

7. Bitiş ve güvenlik

  1. Isıtıcının düşük sıcaklık ayar noktasına (örneğin 10 K) ayarlandığından emin olun.
  2. Kompresörü kapatmadan önce sıcaklığı 350 K'nin altına bırakın. Odayı açmadan önce atmosfer basıncına ulaşmasına izin verin.
  3. Sistem RT'ye ulaştıktan sonra hazneyi ve numune tutucuyu sökülün.

8. Veri işleme

  1. Algılama yazılımı kullanarak PersL bozunma eğrilerini ve TL parlayan eğrileri analiz edin.
  2. Verinin uyarılma türü, örnek, tarih ve ilgili deneysel koşullarla etiketlendiğinden emin olun.
    NOT: Başlamadan önce, tüm tuzakları 350 K'da ısıtarak boşaltmak gerekir (tuzaktan çıkarma sıcaklığı malzemelerle ilgilidir). Hassas ölçümler sırasında sistemi her zaman ortam ışığından koruyun. Tüm örnekleri tekrar edilebilirlik için etiketleyin ve takip edin. Sorun giderme ve tekrarlanabilirlik için basınç, sıcaklık ve sistem durumu kayıtlarını tutun. Maksimum tekrarlanabilirlik için, tüm örnekler için her zaman aynı prosedürü kullanın ve sapmaları not edin. Tekrarlanabilirlik için, uyarılma ve algılama (örneğin yoğunluk, algılama mesafesi ve zaman) kontrol edilmelidir.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

SAO-B ve SAO-G'nin kalıcı lüminesans (PersL) özellikleri, her iki bileşiğin emisyon spektrumlarında gösterildiği gibi, 275 nm UV uyarımından sonra oda sıcaklığında sistematik olarak karşılaştırıldı (Şekil 3A). SAO-B, 490 nm'de zirve noktası olan mavi ışık yayıyor; aksine, SAO-G yeşil yayır ve 520 nm'de zirve yapar. Her iki bileşik de olağanüstü PersL özellikleri ve Eu2+ 5d figure-results-1 4f geçişine karşılık gelen uzun süreli emisyon sundu. Özellikle, SAO-B, SAO-G'den daha uzun bir bozunma göstermiştir (Şekil 3B).

TL tepesi, iki örnek için Eu2+ 5dfigure-results-24f geçişine karşılık gelir. SAO-B için 300 K'nın üzerinde, SAO-G için ise 250 K'nın üzerinde güçlü TL sinyalleri görünür (Şekil 4). SAO-B'nin maksimum TL yoğunluğu, SAO-G'ninkine benzerdir; bu da UV uyarılmasının her iki örneğin elektronik geçişi için verimli olduğunu gösterir. Detaylı olarak, TL parıltı eğrileri SAO-B (mavi eğri) için 350 K merkezli geniş bir zirve gösterirken, SAO-G 290 K ve 320 K (yeşil eğri) iki farklı zirve gösterir; bu da daha geniş bir tuzak derinlik dağılımına işaret eder. Urbach'ınformülü 19 kullanılarak elde edilebilir:

(E = Tmax / 500)

Hesaplanan tuzak derinlikleri SAO-B için 0,78 eV,SAO-G 5 için ise 0,62 eV'dir. Genel olarak, SAO-B daha derin elektronik tuzaklar gösterir ve bu da SAO-G'den çok daha uzun bir parıltı sağlar.

Oda sıcaklığında gözlemlenen ultra uzun PersL (RT, ~300 K) Ek Video 1'de sunulmaktadır. Bu SAO seramik malzemeleri, sahteciliğe karşı potansiyel uygulamalara sahiptir. SAO-B ve SAO-G PersL seramiklerinden çift renkli bir sahtecilik karşıtı 'PSL' işareti yapıldı (Şekil 5, Ek Video 1). UV ön uyarılmadan sonra, bu sahtecilik karşıtı desen 1 saatten fazla çift renk yaydı.

Ayrıca, video PersL SAO-G ve SAO-B'yi kullanarak yeni bir 'sıcaklık çözmeli sahteciliğe karşı' stratejisi de sunuyor (Şekil 6, Ek Video 2). Bu fosforlar, termal uyarımda ayırt edici parıltı yanıtları gösterir ve bu da güvenlik etiketlerine entegre edilmesini sağlar. Uygulama, SAO materyallerinin TL davranışına dayanır. Oda sıcaklığında ~300 K güçlü PersL gözlemlenir. Sıcaklık yavaşça 330 K'ya kadar yükseldikçe, lüminesans yoğunluğu ve emisyon özelliklerinde sistematik değişiklikler meydana gelir. 370 K'da, 'CHIMIE' işaretli yeşil işaretten PersL yoğunluğunda önemli bir azalma kaydedilir; mavi işaretli 'PARIS' ile karşılaştırıldığında. Son olarak, 420 K'da, yeşil işaretli 'CHIMIE' sürekli yayılımı ayırt edilemez. Sadece mavi işaretli 'PARIS' yayımı yapıyor. Kontrollü bir yükselen sıcaklık oranıyla, hem zaman hem de sıcaklık lüminesans davranışını etkiler. Bu 'optik bilgi depolamada zaman/sıcaklık bağımlılığı' özelliği, son derece güvenli bir sahteciliğe karşı bir mekanizma sunar.

figure-results-3
Şekil 1: Eu2+, Dy3+, B3+ seramik malzemelerle doped edilmiş SAO'nun kalıcı lüminesans (PersL) şeması. SAO-B ile SAO-G şeması Eu2+ emisyon merkezlerini ve kavramsal tuzak manzarasını göstermektedir (Dy-ile ilgili elektron tuzakları; B-destekli kafes/defekt modülasyonu). Dinamik sahtekarlık karşıtı kavram, zaman ve sıcaklığa bağlı tepkileri tek bir madde ailesi içinde birleştirir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 2: UV ışığı ile önceden uyarılmış SAO-B ve SAO-G seramiklerinin PersL ve termolüminesans (TL) özelliklerinin ölçümü kurulumu. PersL görüntüleme, PersL spektrumları ve TL alımı için kullanılan vakum odası/kriostat, UV/görünür uyarılma yolu, lif bağlı toplama ve tespit zincirinin genel görünümü. Ana kontrol noktaları gösterilmiştir: pompa göstergesi yeşil; basınç 1 × 10-3 mbar ≤; Koruma ışık geçirmez. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-5
Şekil 3: Kalıcı lüminesans spektrumları ve bozunma eğrileri. (A) SAO-B ve SAO-G fosforlarının kalıcı lüminesans spektrumları ve (B) bozulma eğrileri. SAO-B (mavi) ve SAO-G (yeşil) emisyon spektrumları ve bozunma eğrileri, 275 nm (LED; ≈ 2 mW cm-2) UV önce-uyarılmadan sonra kaydedildi. Entegrasyon süresi = 2 saniye; kapı ≈ 3 saniye; dedektör kazancı = varsayılan hassasiyet; toplama mesafesi = 5 cm; tamamen yarık; ızgara yok; karanlık çerçeve çıkarma uygulandı. Ortalama ± SD (n = 3) ve %95 CI gölgelendirme. ICCD kamera ve Winspec32-Princeton yazılımı ile satın alındı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-6
Şekil 4: SAO-B ve SAO-G fosforlarının termolüminesansı (TL). TL yoğunluğu ve sıcaklık (β = 10 K min-1; 50-450 K) Şekil 3'teki aynı tespit ayarlarında elde edilmiştir. Entegrasyon = 2 saniye; toplama mesafesi = 5 cm; arka plan çıkarma uygulandı. Eğriler, ortalama ±SD (n = 3) ortalama 95% güven aralıklarıyla temsil eder. Tam satın alma parametreleri Ek Tablo 1'de sunulmaktadır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-7
Şekil 5: SAO-B ve SAO-G fosforları kullanılarak zaman çözünürlüklü sahtecilik karşıtı. Orijinal zaman çözünürlüklü sahteciliğe karşı video, Ek Video 1'de gösterilmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-8
Şekil 6: SAO-B ve SAO-G fosforları kullanılarak sıcaklık çözülebilir sahte karşıtı. Orijinal zaman çözümlü sahtecilik karşıtı video, Ek Video 2'de gösterilmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 1: Tespit ve Alım Parametreleri. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Video 1: Zamanla Çözülen anticounterfeiting.mp4 Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Video 2: Sıcaklık çözülmüş anticounterfeiting.mp4 Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokolün başarılı bir şekilde çoğaltılması, birkaç deneysel parametrenin hassas kontrolüne dayanır. Düzgün örnek geometrisi (pellet kalınlığı ~1 mm ve çapı 8-10 mm) tutarlı uyarılma ve termal gradyanları sağlar. Vakum seviyesi, uyarıma başlamadan önce pompa göstergesi "yeşil" aralığında ve 1 × 10-3 mbar veya altında doğrulanmalıdır. Hemen veri toplama (deklanşör kapandıktan sonra 0,5 saniye cm-2) tekrarlanabilir tuzak doldurulmasını garanti etmek için korunmalıdır. Termolüminesans (TL) ölçümleri için sıcaklık rampa hızı, farklı örnekler arasında parlayan zirvelerin nicel karşılaştırılmasına olanak tanıyacak şekilde 10 K·min-1 sabit kalmalıdır. Son olarak, tüm koşularda eşit karanlık çerçeve çıkarma ve normalizasyon geçerli yoğunluk karşılaştırması ve kinetik uyum için kritiktir.

Erken zamandaki PersL sinyalleri dedektör doygunluğuna yaklaşırsa, sabit kazancı koruyarak ya uyarılma ışınını ya da pozlama süresini azaltmalı. Tekrarlanan döngüden sonra zayıf yayılım, tuzakların boşalmasının tamamlanmadığını gösterebilir; bu durumda, bir sonraki denemeden önce örneği 420 K'ya kadar 10 dakika boyunca ısıtarak derin tuzaklardan kalan yükleri çıkarabilirsiniz. Denemeler arasındaki tutarsız temel seviyeler genellikle örnek tutucudaki sıcaklık kaymasından kaynaklanır. Uyarılmadan önce 5 dakikalık bir denge süresi tanımak bu varyasyonu en aza indirir. Düşük sinyal-gürültü oranları devam ettiğinde, toplama açıklığını daraltabilir veya UV ışığını bastırmak için 520 nm merkezli optik bant geçişli filtre ekleyin.

Görünür uyarılma (450-470 nm) önemsiz bir emisyon verirse, maruz kalma süresini 5-10 saniyeye çıkarabilir veya UV uyarılmaya geri döner; çünkü bu aralıktaki Eu2+ emilim kuyrukları önemli ölçüde zayıftır. Yoğunluk ayrıca ölçümlerdeki malzeme türü ve miktarıyla da ilgilidir. Spektrumları kaydetmeden önce her zaman arka plan düzeltmesinin WinSpec32 veya diğer algılama yazılımlarında etkin olduğundan emin olun, böylece kalan karanlık gürültü önlenebilir.

Her iki SAO PersL fosforunda, Eu2+ 4f⁶5d¹ figure-discussion-14f⁷ geçişiyle yayıcı merkez olarak görev yaparken, Dy³⁺ odasıcaklığında yük taşıyıcılarını yakalayan ve kademeli olarak serbest bırakan elektron tuzakları oluşturur. B³⁺'nin dahil edilmesi, kafes yoğunlaşmasına yardımcı olur ve oksijen boşluk ortamlarını değiştirir; bu da biraz daha derin tuzak durumlarına ve uzun PersL süresine yolaçar 5. Ancak, SAO-G ve SAO-B arasındaki kalıcı lüminesans (PersL) ve termolüminesans (TL) davranışlarındaki farklılıklar, farklı kristal yapılarından kaynaklanır. SrAl2O4 , monoklinik polimorf kafes parametrelerinde kristalleşir: a = 8.447 Å; b = 8.816 Å; c = 5.163 Å; β = 93.42°; uzay grubu P21, Z = 4. Sr4Al14O25 , ortorombik Pmma uzay grubunda a = 24.745 Å, b = 8.473 Å, c = 4.881 Å, Z = 25 ile kristalleşir. Bu yapısal farklılıklar, Eu²⁺ çevresindeki yerel kristal alanını modüle eder ve 5d enerji seviyesini iletken bandına göre kaydırır. Daha sıkı Sr-O koordinasyonuna sahip SAO-B'de, Eu²⁺ 5d durumu iletim bandı minimumuna daha yakındır; bu da daha derin, termal olarak daha stabil tuzakların (0.78 eV'de) oluşmasını sağlar ve bu tuzaklar uzun zaman didillerinde emisyonu sürdürür. Buna karşılık, SAO-G'de biraz daha büyük bir 5d-CB aralığı, daha hızlı sığ tuzaklara (0.62 eV) yol açar ve yükleri daha hızlı salıyor ve yoğun ama daha kısa ömürlüafterglow 5 üretir.

Bu çalışma, dopant konsantrasyonlarında sistematik bir değişim olmadan iki temsilli Sr-alüminat fazını karşılaştırmaktadır. Gelecekteki çalışmalar, her dopantın tuzak oluşumuna ve kalıcı lüminesans etkisine bireysel katkılarını netleştirmek için doplanmamış SAO, sadece AB ve Dy/B ortak doping serilerini içermelidir. 420 K'nin üzerindeki termal soğutma, emisyon yoğunluğunu azaltır ve yüksek sıcaklık okunabilirliğini sınırlar; bu da yüksek sıcaklıkta çalışma için daha yüksek tuzak derinliklerine sahip ko-dopantlara ihtiyaç olduğunu gösterir. Ayrıca, burada gösterilen optik okuma laboratuvar sınıfı dedektörlere dayanır; taşınabilir dedektörler benzer hassasiyeti korumak için ince kalibrasyon gerektirebilir.

Geleneksel dinamik sahteciliğe karşı stratejiler genellikle farklı renklerde veya bozunma katlarında birden fazla fosforu birleştiren karışık malzeme kompozitlerinedayanır. Bu yaklaşımlar, tekrarlanan uyarılma altında düzensiz dağılım, optik çapraz konuşma ve bireysel bileşenlerin bozulması gibi sorunlara yol açabilir. Buna karşılık, burada kullanılan faz bağımlı SAO yaklaşımı, tek bir kimyasal aile içindeki içsel yapısal farklılıkları kullanır ve karmaşık karışım olmadan tekrarlanabilir ve kimyasal olarak stabil zaman ve sıcaklık bağımlı yanıtlar sağlar. Bu tek aile stratejisi, mürekkebi formülasyonu basitleştirir, çok katmanlı cihazlarda uyumluluğu artırır ve üretim partileri arasında öngörülebilir emisyon dinamiklerini korur. Ulaşılabilir renk aralığı çoklu fosforlu sistemlere göre daha dar olsa da, tekrarlanabilirlik ve ayarlanabilir kalıcılık davranışındaki artış, pratik optik etiketleme ve güvenlik uygulamaları için açık avantajlar sunar.

Bu protokol, SAO tabanlı seramiklerde PersL ve TL'nin değerlendirilmesi için tekrarlanabilir bir çerçeve oluşturur ve vakum bütünlüğü, zamanlama hassasiyeti ve parametre raporlama gibi kritik adımları vurgular. Nicel alım parametreleri ve mekanik tartışmaların birleşimi, bu faz bağımlı parıltı sistemi sıcaklığa duyarlı sensörler ve dinamik sahtecilik karşıtı cihazlara genişletmek için bir temel sağlar. Bir bakış açısı olarak, SAO PersL seramikleri sadece hızlı ilerleyen sahtecilik karşıtı desenler için mürekkep içine gömülebilir ve aynı zamanda biyogörüntüleme 20,21,22 ve 3D baskı için diğer ticari malzemelerle karıştırılabilir 20,21,22 ve 3D baskı 23,24. Renk ayarlanabilir PersL stronsiyüm alüminat fosforlarının, optik bilgi etiketleme ve sahtecilik karşıtı teknolojilerin yeni nesline katkıda bulunması beklenmektedir.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, ANR programı "PERSIST" (ANR-18-CE08-0012 PERSIST) tarafından finanse edilmiştir. Yazarlar, Dr. T. Delgado, Dr. M. Allex ve Dr. V. Casting'e son çalışmalarımız üzerine yaptıkları yardım ve tartışmalar için teşekkür etmektedir.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
405 nm LEDThorlabsYokTL ölçümleri için uyarma kaynağı
455 nm LEDThorlabsYokKalıcı lüminesans için uyarılma kaynağı
Acton SpectraPro 2150i spektrometresi Princeton InstrumentsActon Spectra ProGörünür monokromatör; 300 oluk/mm, 500 nm ortalamış; TL için ICCD ile birleşik
Borik asit (H3BO3)Sigma-Aldrich10043-35-3B3+ doping için öncül madde reaksiyonu
Kapalı döngülü He-flow kriyostatıSumitomo KriyojenikHC-4ETL deneyleri için kullanıldı, 15 K'ya kadar
Isıtma plakasıTermo Bilimsel Bilim88880004QY ölçümlerinden önce termal tuzaktan çıkarma için örnekleri önceden ısıtmak için kullanılır
LightfieldPrinceton Inc.YokTespit yazılımı 
Potasyum Bromid (KBr)Sigma-Aldrich7758-02-3Pelletler için matris olarak kullanılır (50 mg örnek + 300 mg KBr &nadir; 1 cm çapında ve 2 mm kalınlığında peletlere basılır)
Scientific Pixis 100 ICCD kamera Princeton Instruments (Roper Scientific)Pixis 100ICCD Kamera; TL, PersL, RL algılama için kullanılır (soğutulan & eksi; 65 derece ve derece; X-ışını ölçümleri için C)
Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,B3+ örnekBREVALOR Sà RLDaniel Rytz hazırlandıLaboratuvarda katı hal reaksiyonuyla 1400 derece ve derecede sentezlenir; oksitler kullanılarak C (4 N saflık); EU2+ ~1.0 mol%, Dy3+ ~1.5 mol%, B3+ ~17.5 mol%.
SrAl2O4:Eu2+,Dy3+,B3+ örnekBREVALOR Sà RLDaniel Rytz hazırlandıTicari barut; EU2+ ~1,5 mol%, Dy3+ ~5,0 mol%, B3+ ~0,9 wt%.
Sıcaklık kontrolörüGöl KıyısıModel 340TL kontrolü için kriyostata bağlandı
Winspec32Winspec33YokTespit yazılımı 

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Giordano, L., et al. Persistent luminescence induced by upconversion: an alternative approach for rechargeable bio-emitters. Adv Opt Mater. 11 (11), 2201468(2023).
  2. Cai, G., Delgado, T., Richard, C., Viana, B. ZGSO spinel nanoparticles with dual emission of NIR persistent luminescence for anti-counterfeiting applications. Materials. 16 (3), 1132(2023).
  3. Giordano, L., Cai, G., Castaing, V., Viana, B., Richard, C. Persistently Luminescent Inorganic Materials for Anti-Counterfeiting. Persistently Luminescent Materials. , Wiley. Weinheim, Germany. (2025).
  4. Gao, D., et al. Quintuple-mode dynamic anti-counterfeiting using multi-mode persistent phosphors. J Mater Chem C. 9 (46), 16634-16644 (2021).
  5. Cai, G., Delgado, T., Allix, M., Rytz, D., Viana, B. Color-tunable persistent luminescence in Eu2+,Dy3+,B3+ co-doped Sr4Al14O25 and SrAl2O4 strontium aluminates ceramics for anti-counterfeiting applications. Adv Opt Mater. 13, 32(2025).
  6. Peng, Q., et al. Up-converted long persistent luminescence from CsPbBr3 nanocrystals in glass. Laser Photonics Rev. 16 (12), 2200449(2022).
  7. Tanaka, R., Uematsu, K., Sato, M., Toda, K. Afterglow improvement of high concentration Dy3+ co-doped SrAl2O4:Eu2+ phosphor prepared by H3BO3-free synthesis using melt quenching method. J Ceram Soc Jpn. 129 (7), 372-376 (2021).
  8. Van den Eeckhout, K., Smet, P. F., Poelman, D. Persistent luminescence in Eu2+-doped compounds: a review. Materials. 3 (4), 2536-2566 (2010).
  9. Huang, Z., et al. Smart mechanoluminescent phosphors: a review of strontium-aluminate-based materials, properties, and their advanced application technologies. Adv Sci. 10 (3), 2204925(2023).
  10. Van der Heggen, D., et al. Persistent luminescence in strontium aluminate: a roadmap to a brighter future. Adv Funct Mater. 32 (52), 2208809(2022).
  11. Lin, Y., Tang, Z., Zhang, Z. Preparation of long-afterglow Sr4Al14O25-based luminescent material and its optical properties. Mater Lett. 51 (1), 14-18 (2001).
  12. Castaing, V., Giordano, L., Richard, C., Gourier, D., Allix, M., Viana, B. Photochromism and persistent luminescence in Ni-doped ZnGa2O4 transparent glass-ceramics: toward optical memory applications. J Phys Chem C. 125 (18), 10110-10120 (2021).
  13. Delgado, T., et al. Highly transparent Ce3+,Cr3+ co-doped GYAGG single crystals with enhanced persistent luminescence. Photoluminescence Rare Earth Doped Mater (PRE '22). 49 (24, Part B), 41031-41040 (2023).
  14. Cai, G., et al. Chromium-doped zinc gallate: impact of Sn4+ co-doping on the persistent luminescence properties at the nanoscale applied to bio-imaging. Chem Eng J. 490, 151643(2024).
  15. Niittykoski, J., et al. Effect of boron substitution on the preparation and luminescence of Eu2+-doped strontium aluminates. J Alloys Compd. 374 (1-2), 108-111 (2004).
  16. Cai, G., et al. ZGSO:Cr3+,Ni2+ persistent phosphors with dual emission in NIR-I and SWIR ranges for bio-imaging applications. Small. 20 (51), 2406507(2024).
  17. Giordano, L., et al. Persistent luminescence induced by upconversion: an alternative approach for rechargeable bio-emitters. Adv Opt Mater. 11 (11), 2201468(2023).
  18. Cai, G., Giordano, L., Richard, C., Viana, B. Effect of the elaboration method on structural and optical properties of Zn1.33Ga1.335Sn0.33O4:0.5%Cr3+ persistent luminescent nanomaterials. Nanomaterials. 13 (15), 2175(2023).
  19. Urbach, F. Zur lumineszenz der alkalihalogenide. Sitzungsber Akad Wiss Wien. 139, 363-372 (1930).
  20. Richard, C., Viana, B. Persistent X-ray-activated phosphors: mechanisms and applications. Light Sci Appl. 11 (1), 123(2022).
  21. Katayama, Y., Kayumi, T., Ueda, J., Dorenbos, P., Viana, B., Tanabe, S. The role of Ln3+(Ln = Eu, Yb) in persistent red luminescence in MgGeO3:Mn2+. J Mater Chem C. 5 (34), 8893-8900 (2017).
  22. Yang, F., et al. A biomineral-inspired approach of synthesizing colloidal persistent phosphors as a multicolor, intravital light source. Sci Adv. 8 (30), eabo6743(2022).
  23. Ding, L., Wang, X. Luminescent oxygen-sensitive ink to produce highly secured anti-counterfeiting labels by inkjet printing. J Am Chem Soc. 142 (31), 13558-13564 (2020).
  24. Sanders, S. N., et al. Triplet fusion upconversion nanocapsules for volumetric 3D printing. Nature. 604 (7906), 474-478 (2022).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Persistent LuminescenceStrontium Aluminate PhosphorsTrap Depth ControlThermoluminescence CharacterizationTime Resolved LuminescenceTemperature Resolved LuminescenceAnti CounterfeitingBlue Emitting PhosphorsGreen Emitting PhosphorsBioimaging Applications

Related Articles