用于包装防伪的稀土上转换发光材料

张星星，魏通，韩迎东

先进材料

用于包装防伪的稀土上转换发光材料

张星星，魏通，韩迎东

（中国民航大学 理学院，天津 300300）

从增强稀土离子发光的角度考察上转换发光调控及性能，综述稀土发光材料在光学防伪领域的应用，以期为上转换材料与包装材料的功能化研究提供参考。检索近几年文献，介绍上转换发光纳米材料的发光机理、发光性能及调控、光学材料打印技术的研究进展。稀土掺杂的上转换发光纳米材料表现出优异的发光性能，但随着粒径减小，纳米颗粒出现发光效率、量子产量低的问题。利用纳米颗粒表面钝化、表面等离子体耦合、与有机配体结合和外场调节等手段，可以使发光材料的发光效能显著增强。利用喷墨打印、丝网印刷、纳米压印光刻和气溶胶喷印等技术，可以使稀土掺杂的上转换发光纳米材料被打印成多样的防伪图案，在光学防伪、信息存储与标记等领域具有重大应用潜力，有望成为新型功能包装材料。在光学材料合成技术、光学调控和打印技术的共同推动下，稀土掺杂上转换发光纳米材料因其特殊的光学特性，有望为功能化包装防伪技术作出贡献。

稀土发光材料；上转换纳米颗粒；发光调控；包装防伪

包装材料作为辅助材料在食品安全、物流运输、信息安全等领域发挥着举足轻重的作用[1-6]，是包装工业领域的一大基石。随着科学技术的发展，包装材料所面临的问题日益突出，首先是需要不断地开发环境友好型包装材料，未来包装领域的发展需要结合绿色理念[7-8]。此外，更重要的是面向信息安全和物流运输的包装材料[9-10]，其功能化不能很好地满足社会的需要。例如在包装防伪领域，伪造假冒的问题成为经济健康发展的绊脚石[11-12]，对社会经济造成极大的负面影响。设计和制作新型防伪材料与标签，不仅可以为物品安全保驾护航，还有望作为信息存储标签服务于物联网建设。因此，为满足包装行业现代化水平的要求，新型功能化包装材料的开发吸引了许多研究人员的关注[13-14]。

为了增加安全指数和防伪维度，光学防伪成为未来发展的一大热点[15]。在光学防伪材料中，稀土发光材料由稀土离子（Ln3+）和无机基质材料结合，具有高稳定的物理化学性质、可实现多模发射、荧光寿命可调等优点，在信息成像、信息加密等领域有着广泛的应用[16-18]。在庞大的稀土发光材料体系中，上转换（Upconversion，UC）材料由于其独特的发光性质近几年来备受研究者的青睐，在物理、化学、生物等多个领域都有着应用和研究[19]。随着纳米材料技术的发展，上转换纳米颗粒（UC Nanoparticles，UCNPs）的合成与制备在多个领域取得了多方面的突破[20]，为其在包装防伪领域的应用打下基础。

由于尺寸效应和吸收截面小等原因，上转换发光经常面临量子效率低、荧光强度弱等问题。如何增强和调控UCNPs发光成为影响应用效果的关键问题。因此，探究UCNPs的发光策略，对构建稀土发光材料向功能化包装材料转型，有着十分重要的意义。本文将从UC的发光机理、增强策略和光学材料打印技术3个部分对UC发光材料发展现状进行论述，并对未来稀土发光材料应用于包装领域进行展望。

1 稀土上转换发光简介

与半导体量子点或者有机荧光材料相比[21]，稀土发光材料具有独特的发光特性，比如尖锐的多峰发射、大的斯托克斯/反斯托克斯位移、长的荧光寿命和优异的光稳定性等。稀土发光主要有UC发光和下转换（Downconversion，DC）发光2种方式，其中能够吸收双光子或者多光子，并且发射一个高能光子的非线性光学过程称为UC过程[22]。例如，近红外光（Near-infrared，NIR）是人眼无法识别的激发光源，其作用在UC防伪油墨上可产生定制化图案或色彩，同时携带大量光谱学信息。相较于紫外光（Ultraviole，UV）等激发的DC发光材料，UC发光较难获得，且材料成分结构复杂多样，仿制难度高，加之其稳定性好，因此可实现良好的防伪功能。

稀土离子具有特殊的能级结构，稀土离子发光多产生于内层电子跃迁，其受基质环境的影响较小，因此稀土离子发光主要取决于离子本身的性质。稀土离子发光材料一般由基质和激活剂所组成，激活剂是主要的发光中心。在某些材料中，激活剂对激发光的吸收系数小（比如NaYF4掺Er3+的材料[23]，Er3+固溶在基质的晶格当中），可以通过掺杂敏化剂离子（如Yb3+）来有效地吸收激发光的能量，并传递给激活剂离子，从而实现高效的UC发射。为获取高效发光性能，敏化剂的选择原则一般是与激活剂的激发光谱有所重叠。敏化离子和激活离子需要到达一定的临界距离才能产生能量传递作用，一般可以通过控制二者与基质的比例来实现。

图1 基本发光过程

图1展现了一般离子激发发光材料的基本发光过程。在外界能量的激发下，敏化剂可以有效地吸收激发波长的能量并传递给激活剂，使激活剂电子能量跃迁到激发态。当电子返回到基态过程中，会使多余的能量以光子的形式释放出去。在这种发光过程中，一些基质也可以吸收能量并传递给激活离子，这类材料的发光效率一般比较高[24]。

稀土上转换材料的发光机理主要包括激发态吸收、能量传递、双光子吸收和光子雪崩。

1.1 激发态吸收

UC发光最基本的过程就是激活离子的激发态吸收（Excited State Absorption，ESA），即在外界长波长激发下，激活剂基态1的电子连续吸收波长为1和2的入射光能量，从而跃迁至亚稳态3。若电子从激发态3返回到基态，便会发射出频率更高的光子，处于3还可能继续吸收光子，从而发生连续多光子吸收过程（图2a）。

图2 上转换发光机理

1.2 能量传递

能量传递在同种和异种离子之间都可以发生，根据离子传递方式不同，又可分为连续能量传递（Successive Energy Transfer，SET）、合作上转换（Cooperative Upconversion，CU）和交叉弛豫（Cross Relaxation，CR）（图2b—d）。

吸收截面大的施主敏化离子与处于基态的受主激活离子满足能量匹配条件，二者发生相互作用。敏化剂将吸收光子的能量传递给激活剂，使激活剂基态电子发生能级跃迁，而自身通过非辐射弛豫返回基态；或者发生二次能量传递，激活剂电子跃迁至更高的激发态，这种发生在不同离子之间的传递方式称为SET。

与SET不同的是，CU过程中2个相邻离子分别吸收光子的能量从1跃迁至2，随后能量会从一个离子传递到另一个离子上，传递能量的电子返回1，而吸收传递能量的电子跃迁至3能级，当返回1时产生上转换并发射光子。发生CU的2个离子可以是相同离子也可以是不同离子，并且离子浓度也会大大影响CU过程。

CR过程可以理解为，处于激发态的离子通过无辐射弛豫跃迁至低能级所放出能量，可以使另一个处于低能级的电子跃迁至更高的能级。CR过程与基质材料有关。对稀土氟化物来说，其声子的能量很低（约500 cm−1），可降低无辐射弛豫的影响，减少能量传递过程中的损耗，使发光效率提高。

1.3 双光子吸收

双光子吸收（Two Photon Absorption，TPA）是稀土离子同时吸收2个频率相同（或不同）的光子，并向高能级跃迁的三阶非线性光学过程（图2e）。此过程借助虚拟能级来完成，与单光子吸收相比，被激发的电子返回至基态时，一般伴随有入射光频率2倍的上转换发射。近期许多学者对双光子吸收进行了深入的研究，双光子吸收还经常发生于非稀土掺杂材料中。Wang等[25]制备了单层WS2/(C6H5C2H4NH3)2PbI4（PEPI）过氧化物异质结构，该结构中WS2和PEBI都可以实现双光子吸收，并且二者之间存在能量相互作用，可用于提升光伏设备的光电转换效率。

1.4 光子雪崩

光子雪崩（Photon Avalanche，PA）可以理解为SET和CR都存在的过程，发生在2个离子之间（图2f）。材料在泵浦光的激发下，一定数量的电子会被激发到能级1和3之间，随后发生CR过程，2个电子跃迁至2能级，其中一个电子再次吸收能量跃迁至3能级，并与基态电子产生相互作用而发生能量传递，从而形成3个处于2能级的电子，这样反反复复地进行SET和CR过程使基态电子数目减少而高能态电子数目增加，也就是类似于“雪崩”现象。这个过程对泵浦功率的要求要高于一定的阈值，并且此过程对功率的依赖性在阈值附近很强。Zhang等[26]在KPb2X5:Nd3+(X = Cl, Br)纳米颗粒中发现光子雪崩现象，该体系声子能量低，上转换发光强度高。通过调节泵浦功率和纳米颗粒的尺寸结构，该纳米颗粒有望应用于纳米成像、传感等领域。

2 上转换发光增强策略

增强UC的方法一般可分为化学方法和物理方法。一般的化学方法包括调节合成体系的浓度、尺寸、酸碱度等对发光离子环境进行调控。例如Guan等[27]合成纯六方相NaYF4:Er3+/Yb3+荧光粉，他们通过改变离子物质的量之比和体系pH值来改变发光离子的化学环境，该材料可以发射出具有高红绿比的UC发光强度。Wang等[28]合成K2NaScF6:Yb/Ln（Ln = Er, Ho, Tm）纳米材料，通过调节Yb3+和Ln3+的物质的量之比来增强整体材料的红绿发光强度。Guo等[29]通过改变NaF/RE (RE = Yb, Tm, 99.5%Yb3+, 0.5%Tm3+)物质的量之比，获得了不同形貌和尺寸的Yb和Tm共掺杂的β–NaYbF4微米棒，证实不同形貌的微观结构对发光效能影响显著。物理调控手段包括调节功率密度、激发波长等。Zhao等[30]合成NaYO2:Er3+/Yb3+荧光粉，通过改变功率密度，实现了发射光颜色的大范围调控。

随着研究的不断深入，近几年形成了典型的发光增强与调控策略，如颗粒表面钝化、表面等离子体耦合、与有机配体结合和外场调控手段等。除此之外，研究者也开始关注光谱维度之外的荧光寿命信息，这些成果为新型防伪标签的研究提供了广阔的平台。

2.1 颗粒表面钝化

稀土掺杂UCNPs有着较高的比表面积，具有很强的光猝灭效应。形成光猝灭的主要原因，一般是内部传导能量容易被小纳米颗粒表面的缺陷所捕获，发生多声子弛豫和无辐射弛豫过程，能量传递到表面猝灭中心而发生光猝灭。通过在纳米颗粒表面包覆壳层进行表面钝化，减弱体系内向猝灭中心的能量传递，能够有效地降低表面猝灭效应。

Hu等[31]合成系列β–NaYbF4:Er3+@NaGdF4UCNPs，壳层的存在有效地减少表面猝灭效应，但过厚的壳层会产生强烈的散射，对发光过程不利，该材料的壳层厚度为12 nm时阻断效应最佳。在此基础上，Qi等[32]在壳层增加了敏化剂，壳层中的敏化剂可以增加对激发光的吸收，该材料独特的发光模式可应用在光学成像上。Schroter等[33]基于敏化剂含量增加可以对NIR吸收增加的原理，合成了不同壳层厚度的β–NaYbF4:Er3+@NaYF4和β–NaYbF4:Er3+@NaErF4纳米颗粒，其不同的发光模式为寻找最佳镧系元素含量和壳层厚度给出理论参考。这些核壳纳米材料拥有大量的光学信息并且很难仿制，若用此类材料制作防伪标签，可以很大程度上提升包装的防伪等级。

2.2 表面等离子体耦合

金属纳米粒子与UCNPs结合可以大大提升其发光模态的灵活性，尤其是在NIR区域，具有良好的光吸收和散射特性，近几年来引起了广泛的关注。表面等离子体一般可以通过3种方式影响UCNPs的发光：通过电场耦合增强敏化剂的吸收；提高激活剂的辐射衰减速率；增加从敏化剂到激活剂的能量传递。这3种方式都是通过增强UCNPs与表面等离子体激元之间的发射和吸收作用，来缓解由4f电子带来的限制使UC发光效率提升。UCNPs与表面等离子体耦合可以带来明显的优势[34]，但增强机制复杂，极其依赖于UCNPs和等离子体激元纳米结构和形貌，并且容易通过ET和非辐射弛豫诱导发光猝灭。

Zhan等[35]制成形貌均一的核壳型NaYF4@NaGdF4: Yb3+, Er3+UCNPs（图3a—b，图3d—e）和排列整齐的等离子体激元Au纳米孔（图3c），通过气相沉积的方法，将UCNPs放置在等离激元Au纳米孔包覆的玻璃基底多孔模板表面（图3f—i）。这种结构的模板可以使表面和底部的UCNPs有效地与表面等离子体耦合，从荧光光谱图中可以看出，UCNPs与表面等离子体耦合可以使该体系中的绿光发射（4S3/2→4I15/2）显著增强（图3j—k）。杨扬等[36]用多元醇还原法制备了金属纳米Ag薄膜，并将NaYF4:Yb3+,Tm3+UCNPs均匀地铺盖在纳米Ag薄膜表面，形成NaYF4:Yb3+/Tm3+/ Ag发光薄膜，同时优化Ag的浓度，相较于原UCNPs，其发光强度整体增强约89倍。

2.3 有机配合体结合

在庞大的有机体系中，存在许多与稀土离子配位能力强的有机物。稀土离子与有机配体结合形成稀土配合物，在这个过程中配位数目和空间位置调控灵活，所形成的稀土配合物既保留有机配体的特性，同时又兼具稀土金属阳离子和配合物的特性，这种方法可以得到结构多样、性能优异的纳米材料。部分有机配体具有良好的分散性，与UCNPs结合形成的防伪油墨稳定性好，因此这种增强方式有助于后续工艺中制作稳定油墨。

稀土配合物的发光过程大致经历3个阶段，即光吸收、能量传递和光发射。稀土离子吸收光谱范围窄，吸光系数小，而有机配体的吸收带宽，导致大部分的入射光能量先由有机配体吸收，再经过有机分子与稀土离子间的相互作用将能量传递给稀土离子，一定程度上可以提高激活离子的光学性能。Wang等[37]合成由2类镧系原子组成的离散杂核化合物{[Ln2Ln*(Hhmq)3(OAc)3(hfac)2]+[Ln*(hfac)3(OAc)(MeOH)]–} (Hhmq=2–甲醇喹啉–8–氧化物，hfac=六氟乙酰丙酮; Ln, Ln*=Er, Gd, Yb)，该材料在低功率且波长为980 nm的激光激发下量子产率提高了20倍；邵康等[38]用溶剂热法制备NaBiF4:Yb3+,Er3+UCNPs，将十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵有机配体结合在颗粒表面，发光效果显著增强；在温度为30～90 ℃和pH为5～6的条件下增强效果最佳，相较于原来的UCNPs，结合配体的UCNPs发光强度增强了约9倍。但这些方法想在包装领域运用，仍然需要解决有机配合物合成过程复杂烦琐、造成环境污染和光学稳定性不强等问题。

图3 Au颗粒与UCNPs耦合过程及UC光谱机理

2.4 外场调节增强

调控镧系元素发光的外场，一般采用在给定材料上施加温度、磁场、电场和机械应力的方式。施加外场会使UCNPs产生许多变化，包括缩短离子间距离、增强晶体势场、改变局域对称性、诱导更多的缺陷和更高能量的声子。这些变化一方面会影响辐射跃迁和非辐射跃迁的概率，从而调节发光峰的强度；另一方面，它可以调节发射能级和基态能级之间的能隙，从而调节发射峰的偏移。

Zhang等[39]通过调节外压力、KAlF4:Yb3+, Er3+UCNPs的层间距，改变UCNPs激活中心和敏化剂之间的距离，相较于以前，最大可获得2.5倍上转换发光增强；Dong等[40]改变掺杂镧系元素的SrTiO3:Er3+纳米膜应力变化，最终发光强度增强4倍以上。但这些手段实际应用起来困难，想要在包装材料表面投入应用，还需要学者做进一步研究。

2.5 荧光寿命增强

荧光寿命作为UCNPs的本征参数，在光学成像、光学防伪和荧光编码等领域成为许多研究者的焦点。例如Xue等[41]合成不同晶系的氟化物GdF3:Yb/Er、NaGdF4:Yb/Er、K3GdF6和KGdF4:Yb/ErUCNPs，在低激发功率（0.30 W/cm2、975 nm）下，具有高达0.84%的量子产率，以及0.70 ms的绿色荧光寿命和1.10 ms的红色荧光寿命。

Estebanez等[42]将Y3+配位到由有机物葫芦脲（CB）包覆的β-NaYF4:Yb/TmUCNPs端口处，形成纳米杂化物UCNPs@CB，并与荧光素结合，其荧光寿命增强至207 μs，有望运用在荧光图像显示上。但该方法也有着有机染料吸收峰和UCNPs发射谱线之间的部分重叠，以及有机染料与CB端口上的镧系阳离子配位能力弱的问题。Han等[43]通过对泵浦激发脉冲宽度和激发功率密度的控制，从动力学上解释是改变能量迁移和能量传递的相对权重，实现对荧光寿命的上升和衰减过程的调控，该方法可以使NaLuF4: Yb/Er纳米颗粒的荧光寿命实现数十倍的变化。运用UCNPs的荧光寿命信息做成的防伪标识，其解密过程复杂（需要特殊的采集设备和分析手段），因此安全性比光谱维度更强。

3 稀土发光材料印刷技术

要想将图案打印在包装表面，除了要求印刷材料的功能性之外，还要求其具有一定的稳定性和吸附性，以便能适应多变的环境而不损坏应用功能和包装本身。纳米颗粒具有较好的化学和热稳定性，且具有粒径小、密度小和吸附性强等优势，有着特殊的表面效应[44]。利用UCNPs优异的光学性质，可以设计出多样的图案进行防伪，其安全程度大大提升，在包装工业领域应用潜力巨大。随着纳米科技的发展，将纳米材料打印在物品表面的技术也日益成熟，因此介绍近几年典型的光学材料印刷技术如下所述。

3.1 喷墨打印技术

喷墨打印技术是一种非接触式的微纳米级印刷技术，可直接喷射纳米尺寸的油墨液到包装表面，形成防伪图案。喷墨打印无须模板，在包装领域是一种极具潜力的印刷技术。经喷墨打印技术打印出的图案，其质量的优劣不仅取决于打印机各个部分的技术配合，还取决于墨盒内油墨的性质。油墨是制作防伪标签的核心材料，合成油墨重点和难点是运用UCNPs所制作出的防伪油墨是否具有均一性、分散性和稳定性。合成UCNPs防伪油墨的一般方法是将表面处理的UCNPs与油墨相容，调节UCNPs在油墨中的亲水或疏水性能，使其能够在防伪油墨悬浮液中稳定存在。Meruga等[45]用纳米乳液法，将β–NaYF4:Yb/Ln(Ln = Er, Tm)UCNPs保存在纳米乳剂的油相中，利用水调节油墨的表面张力和黏度，可以使分散均一的油墨拥有长达7个月的稳定状态。

为了获得稳定的UC油墨，选取适合的溶剂至关重要。Zheng等[46]改变ZnI2的浓度和卤素化合物组成比例，发现铅卤化铯钙钛矿量子点与UCNPs具有高度的兼容性，与UCNPs结合可形成稳定均一的防伪油墨；再利用喷墨打印机，在A4纸上印刷出ZnI2溶液和UCNPs悬浮液，在近红外光激发下产生双加密彩色防伪图案。Zeng等[47]将UC的激发光从近红外和紫外扩展到X射线，他们制作的Yb3+/Er3+/Bi3+共同掺杂油墨图案在400 ℃温度下都具有很高的稳定性和耐湿性，并且可以实现UC和DC的双模式发射。除了控制激发方式，Huang等[48]精确控制纳米颗粒中的核以及不同壳层中镧系掺杂剂的分布，利用多光子能量转移过程产生复杂的多发射模式，印制出色彩斑斓的蝴蝶图案，其优势在于储存的信息量更大、防伪安全等级高，但其合成过程繁琐复杂。

3.2 丝网印刷技术

与喷墨打印不同，丝网印刷属于孔版式印刷，首先需要在上孔版制作出可通过油墨的孔眼，之后通过一定的压力使油墨通过孔版的孔眼转移到目标表面，从而形成图像或文字。该方法具有墨层覆盖力强、适用于各种类型的油墨和印刷方式灵活多样等优势。Xu等[49]以聚乙烯亚胺（PEI）为配体，用PEI修饰UCNPs以改善其在油墨中的亲水性，利用三基色叠加原理制备具有全色发光的发光油墨，通过丝网印刷在普通纸张、铝片等各种包装基材上，成功获得安全的光响应智能加密图案。Huang等[50]基于光化学金属–有机沉积的方法，将UCNPs与2–乙基己酸酯钛溶液混合制备发光油墨，钛前驱体经过光分解产生包裹UCNPs的非晶氧化物薄膜，用紫外光照射由发光油墨浇铸的衬底，发光油墨在硬币上有着明显的荧光现象，油墨经过丝网印刷之后制成带有荧光信息的防伪图案，其丰富的色彩具备极高的应用价值。这种方法的优势在于没有因刻蚀而产生的副产物，但其应用受限于钛前驱体的光分解效率。在当前阶段，用丝网印刷技术制备UC防伪图案与标签仍然处于探索阶段，实现其大规模使用需要解决印刷膜较厚、印刷模版耗时长等问题。

3.3 纳米压印光刻技术

随着纳米技术的发展，人们对纳米压印光刻这一低成本图形转移技术的关注越来越多，其应用范围涵盖纳米电子元件、存储磁盘、生物或化学硅片、微光学元件等领域。该方法基本流程是首先预制模板，将图像复制到相应的衬底上，通过紫外辐射或者热辐射等手段使转移媒介硬化，然后保存下来。胡克想等[51]将光刻胶放在石英基片和硅模板之间，形成“三明治”结构，制备出不同特征尺度和不同周期的氟化混合物软复制模板，该模板具有良好的热稳定性；Zhang等[52]制备AuNPs–TiO2–石英结构，用动态紫外光照射基底来控制TiO2层的光催化和还原过程，打印出高分辨率、尺寸可调的AuNPs图案，该方法所运用的Au等离子体易于修饰纳米颗粒表面、毒性低、稳定性强，可作为表面等离子体增强UCNPs的发光。

3.4 气溶胶喷射打印技术

与传统的打印技术相比，气溶胶喷射打印凭借其非接触、适配高黏度和大粒度墨水等优势，逐步地成为理想的光学材料打印技术。其原理是通过气体动力将油墨雾化，形成气溶胶，并借助气体将气溶胶传输至喷印头，然后经过外在驱动将气溶胶精确地喷印在基底上形成目标图案。该技术在高精度电子器件的制备上有着独特的优势，但目前利用气溶胶喷射打印技术进行UCNPs图案化处理的报道较少。Akter等[53]将不同浓度的聚乙烯醇（PVA）水溶液制成油墨，利用气溶胶喷印技术制备多层PVA结构。Tsui等[54]结合气溶胶喷射印和电化学沉积技术，打印10 μm厚的金属聚合物，获得高分辨率的图案。气溶胶喷印技术与其他工艺技术相结合的方式，可为UCNPs油墨进行气溶胶喷印提供思路。

4 结语

新型防伪技术和功能化包装材料在未来社会经济生活中占有重要地位。稀土发光材料凭借其独特的发光模态在很多领域有着广泛的应用，结合UCNPs耐光漂白、无毒性等优点，合理设计UCNPs核壳结构、与等离子体耦合、有机配体表面修饰和外场调节的手段，可实现对荧光材料的荧光效率、发光模式和响应的精确调控。运用光学材料喷墨打印、丝网印刷、纳米压印光刻和气溶胶喷印等技术，可以打印UCNPs高分辨率防伪图案，实现宽光谱范围内多模式的动态响应功能，这对开发新型光学防伪技术有着重要的实际应用价值。基于现有技术，上转换光学防伪系统要想全面推向包装应用市场依然存在一定的技术壁垒，如UCNPs防伪图像采集系统不够完善，信息防伪技术与UCNPs图像防伪融合的综合技术不够全面，UCNPs多模态光学特性扩展不够灵活等，光学防伪材料需要不断地革新以满足多方面的要求。

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Rare Earth Upconversion Luminescent Materials for Packaging Anti-counterfeiting

ZHANG Xing-xing, WEI Tong, HAN Ying-dong

(College of Science, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China)

The work aims to investigate the regulation and performance of rare earth upconversion luminescence from the perspective of enhancing luminescence intensity, and review the anti-counterfeiting applications of rare earth luminescent materials, so as to provide reference for the functionalization of upconversion and packaging materials. Relevant literature in recent years was reviewed to introduce the luminescence mechanism, luminescence performance and regulation of upconversion nanoparticles and the research progress of printing technology of optical materials. Rare earth luminescent materials exhibited satisfactory luminescent properties. However, with the reduction of particle size, nanoparticles had problems of low luminous efficiency and quantum yield. The luminous efficiency of luminescent materials could be significantly enhanced by means of surface passivation of nanoparticles, surface plasma coupling, combination with organic complexes and external field adjustment. These materials could be printed into various anti-counterfeiting patterns by inkjet printing, screen printing, nano-imprint lithography and aerosol spray printing technology, which made them have great potential in optical anti-counterfeiting, information storage and marking, thus become promising functional packaging materials. Driven by optical material synthesis technology, optical regulation and printing technology, rare earth doped upconversion luminescent nanomaterials are expected to contribute to the functional packaging and anti-counterfeiting due to their special optical characteristics.

rare earth luminescent materials; upconversion nanoparticles; luminescence regulation; packaging anti-counterfeiting

O482.31

A

1001-3563(2023)13-0001-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.13.001

2023−03−14

国家自然科学基金（62105235）

张星星（2000—），男，硕士生，主攻稀土上转换发光设计及发光原理。

韩迎东（1988—），男，博士，讲师，硕导，主要研究方向为稀土发光功能材料、结构及应用。

责任编辑：曾钰婵