假币克星，可用于防伪的稀土发光材料

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基础研究—北京市自然科学基金风采

　　你有过收到假钞的经历吗？这样的遭遇，即使我们不是亲身经历，也多少听周围人谈论过。在商场收银台或银行，看到工作人员用验钞机识别钞票，似乎是再平常不过的事了，便捷安全的背后，“科技”是如何揭穿假币的面纱？

　　把一沓一沓人民币放进荧光验钞机，在365nm紫外灯照射下快速清点，遇到假钞验钞机就会发出警报。原理很简单，人民币是采用专用纸张制造的，而假钞通常采用经漂白处理的普通纸，经漂白处理的普通纸在紫外线的照射下，会衍射出莹莹的蓝光，即所谓的“荧光反应”，从而触动报警系统，甄别出假钞。这就是利用“光致色反应”进行防伪的一个最典型的应用。

　　在这一过程中，稀土则扮演了关键的角色。

　　稀土荧光光谱行为是常被使用的防伪技术之一，这些技术不乏被一些高超的造假者掌握，从而迫使防伪技术不得时时保持最新进展，领先于造假者。所以在多数情况下，使用一套防伪技术的同时，还要储备、研发一套新的技术。北京工商大学理学院的孙家跃教授多年来一直从事防伪材料研发，他先后主持了“f-f与f-d电子跃迁发射紫外与红外光致显色防伪标识材料”等3项北京市自然科学基金资助项目，围绕不断提高防伪材料的技术邃密性，独占性和抗攻击能力等方面开展了应用基础性工作，可谓“魔高一尺，道高一丈”。

　　日常生活中，我们通常把各种微弱的光亮都称为“荧光”，很少有人会去仔细追究和区分各种荧光的发光原理。“荧光就是一种光致冷发光现象”，孙家跃教授解释道，本质上就是一种电子跃迁发射现象。

　　电子跃迁发射是组成物质的粒子（原子、离子或分子）中电子的一种能量状态的变化。根据能量守恒原理，粒子的外层电子从低能级跃迁到较高能级的过程中会吸收能量；从高能级跃迁回到较低能级则会以荧光的形式把能量释放出来，荧光的颜色就对应高低两个能级之间的能量差。

　　在常温下，当某种物质经一种入射光（通常是紫外线或X射线）照射时，它会吸收光能从基态跃迁进入激发态，当物质从激发态返回基态时，会以荧光的形式把激发能量释放出来。而一旦停止入射光，发光现象也随之消失。具有这种性质的出射光就被称为“荧光”。当物体受到外界光源照射获得能量，产生激发导致发光的现象就称为“光致发光”。

　　把“光致发光”用于“钞票防伪”是一种技术应用的创新。在所有可以产生光致发光现象的物质中，最重要的一类就是稀土元素。稀土离子具有未充满的4f电子组态，具有丰富的光谱项能级和长寿命的激发态，由此可以产生多种多样的辐射吸收和发射。而由稀土离子构成的稀土化合物，在激发状态下，可以发射从红外光、可见光到紫外光区的各种波长的电磁辐射，使稀土成为一个巨大的发光宝库。

　　“我们就是选用特定的稀土离子作为激活剂，研发适用于紫外或红外光激活源的稀土光致发光与显色材料。从而寻找到性能稳定、亮度高的材料，并合成印刷油墨、确定最佳配比，最终制作防伪标识，应用于实际生产。”孙家跃说。

　　从用途上来说，光致发光材料不仅限于防伪标识，还可以用于生产电致发光材料、LED荧光粉、超长余辉（夜明）材料、太阳能电池辅助材料、红外上转换材料、电子俘获材料等等，可谓应用广泛。中国稀土产业在世界的资源储量和产量位居第一，然而，中国约有2/3稀土出口外流，且稀土产品价格长期以来受国外商家控制。

　　“稀土是我国很重要的矿产资源，过去稀土主要作为原材料出口，尤其是被作为缺乏功能特性的、技术含量较低的产品的盲目生产，造成我国的稀土产品特质化差异较小，这些都对我国稀土资源造成极大的浪费。只有着力开发具有高技术含量的稀土功能材料，才会把我国的稀土资源优势变为生产优势，把科技优势转化为经济优势，富国利民。”孙家跃说。

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