新型黄色长余辉材料CaGa2O4:Mn2+的制备及其动态防伪应用研究

针对静态防伪技术易复制的瓶颈，研究人员通过高温固相法合成CaGa2O4:Mn2+黄色长余辉材料，揭示氧空位陷阱主导的发光机制（EPR/XPS验证），并开发出基于时间依赖性光衰的动态防伪标签，为高安全性防伪系统提供新策略。

　　

论文解读：

在数字化贸易时代，假冒商品泛滥成灾，现有QR码、荧光标记等静态防伪技术因加密安全性低、模式单一而面临严峻挑战。尤其令人担忧的是，当前黄色长余辉材料普遍存在激发范围窄、初始亮度不足等问题，其性能远逊于蓝绿光材料。如何开发兼具高亮度和可编程动态特性的防伪材料，成为突破行业瓶颈的关键。

唐山基金资助的研究团队在《Optical Materials》发表的研究中，创新性地选择CaGa₂O₄正交晶系作为基质，利用其本征氧空位缺陷优势，通过高温固相法（1250°C还原气氛）制备Mn²⁺掺杂黄色长余辉材料。关键技术包括：优化Mn²⁺掺杂浓度梯度（0-0.015 mol）、EPR/XPS缺陷分析、以及基于四乙氧基硅烷改性的丝网印刷工艺。

研究结果揭示：

1. 结构表征：XRD证实0.001 mol Mn²⁺掺杂样品与标准卡片（PDF #16-0539）完全匹配，更高浓度（0.5-1.0%）则出现杂相。
2. 发光性能：590 nm黄光发射（⁴T₁→⁶A₁跃迁）在254 nm激发下达到峰值，0.001 mol掺杂样品余辉达120分钟。
3. 陷阱机制：XPS显示氧空位(V_O)形成电子陷阱，EPR证实其主导余辉过程。
4. 防伪应用：将材料制成油墨后，通过丝网印刷实现动态防伪标签，其时间依赖性光衰特性可构建"光学密码"。

这项研究不仅解决了黄色长余辉材料性能短板，更开创性地将Mn²⁺的晶场敏感特性与CaGa₂O₄基质的缺陷工程相结合。所提出的动态防伪策略，通过编程控制光衰动力学，实现了从"静态图案"到"时间维度验证"的跨越，为药品、奢侈品等高价值商品防伪提供了颠覆性解决方案。值得注意的是，材料在锡箔基材上展现的均匀性和耐久性（图6a-b），预示着其工业化应用的巨大潜力。