综述：镧系掺杂上转换纳米颗粒在光学防伪中的最新进展：实际应用面临的挑战与机遇

（编辑推荐）本综述系统探讨了镧系掺杂上转换纳米颗粒（UCNPs）在光学防伪领域的突破性应用，聚焦其近红外（NIR）激发-可见光发射特性、多色编码（multicolor emission）和时域发光调控（temporal luminescence）等核心技术。通过分析核壳结构（core-shell）、掺杂分布（dopant distribution）及环境稳定性（environmental durability）等关键因素，为下一代高安全性防伪平台开发提供前瞻性指导。

　　

上转换机制
镧系掺杂上转换纳米颗粒（UCNPs）通过反斯托克斯发光实现近红外（NIR）到可见光的高效转换，其核心机制包括激发态吸收（ESA）和能量转移上转换（ETU）。以Er³⁺/Tm³⁺为激活剂的体系可通过多光子过程产生窄带发射，而Yb³⁺作为敏化剂显著提升能量捕获效率。

合成方法
水热法和热分解法是制备UCNPs的主流技术，通过调控反应温度、配体比例可获得尺寸均一的NaYF₄基质纳米晶。核壳结构设计（如NaYF₄@NaGdF₄）能有效抑制表面淬灭，使发光量子产率提升10倍以上。

多色编码防伪策略
通过精确调控Tm³⁺/Ho³⁺/Er³⁺的掺杂浓度，单颗粒UCNPs可实现从蓝色（475 nm）到红色（655 nm）的全色谱发射。将不同发射特性的UCNPs混合制成墨水，可在特定NIR激光下呈现动态色彩变化，适用于高分辨率光学编码。

正交激发系统
采用多层核壳结构（如NaYF₄/NaYbF₄/NaErF₄）时，改变激发波长（980 nm vs 808 nm）可触发截然不同的发射光谱。这种"光学密钥"特性使伪造者难以通过单一检测手段破解。

时域防伪技术
Mn²⁺掺杂核与Ln³⁺掺杂壳的组合结构展现出毫秒级发光寿命差异，通过时间门控检测可实现脉冲激光激发的动态编码。这种时域信号与光谱编码的结合，为药品包装防伪提供了双重验证方案。

环境稳定性挑战
UCNPs墨水需耐受湿度（>85% RH）和机械摩擦（>500次擦拭），目前通过SiO₂包覆和UV固化树脂改性可使其在纸币表面保持6个月以上的发光稳定性。

未来展望
开发低成本大规模合成工艺、便携式NIR读取设备，以及智能响应型UCNPs（如压力/温度敏感材料）将成为该领域的研究重点。在医药防伪领域，需特别关注生物相容性涂层技术以满足医疗器械标识要求。