發(fā)光硼酸鹽,引入此類硼酸鹽的發(fā)光材料和制品的制作方法
【專利說明】發(fā)光硼酸鹽，引入此類硼酸鹽的發(fā)光材料和制品
[0001]優(yōu)先權請求該申請請求在2012年11月30日提交的U.S.臨時申請N0.61/732，022的權益。
技術領域
[0002]該技術領域總體涉及輻射發(fā)射化合物，且更具體地涉及發(fā)光硼酸鹽，引入此類硼酸鹽的發(fā)光材料和制品。
【背景技術】
[0003]發(fā)光磷化合物是當通過外部能量源激發(fā)該化合物時，能夠發(fā)射可檢測量的在紅夕卜，可見，和/或紫外光譜中的輻射的化合物。典型的發(fā)光磷化合物至少包含主體材料(例如晶格)，發(fā)射離子(例如稀土金屬的離子)，以及在一些情況下，“敏化”離子(例如過渡金屬或不同的稀土金屬的離子，其可吸收和轉移能量至發(fā)射稀土金屬離子)。通過以下步驟實現(xiàn)由磷化合物產生輻射:通過發(fā)射離子(一種或多種)或通過主體材料和敏化離子(一種或多種)之一或兩者來吸收入射輻射，隨后能量從主體材料/敏化離子(一種或多種)轉移至發(fā)射離子(一種或多種)，并由發(fā)射離子(一種或多種)將經轉移的能量輻射。
[0004]選擇的磷化合物的組分可導致化合物具有特定的發(fā)射性質，包括光譜發(fā)射，其所在的波長大于激發(fā)波長。然而，并不是每種離子都將在所有的主體材料中產生發(fā)射。存在許多例子，其中具有發(fā)射潛勢的輻射被猝滅，或從吸收離子或主體材料至發(fā)射離子的能量轉移如此的差以至于輻射作用幾乎不可觀測。在其他主體材料中，輻射作用可非常的大且具有接近I (near unity)的量子效率。
[0005]對于會產生可觀測的發(fā)射的特定的磷化合物來說，在其發(fā)射中的較高光譜能量含量(或發(fā)光輸出)的光譜位置(一個或多個)(即其“光譜特征”)可用于從其他化合物中唯一地識別磷化合物。光譜特征主要歸因于稀土金屬離子(一種或多種)。然而，由于主體材料對各種發(fā)射離子的影響(通常通過晶體場強度和分裂)，可能存在光譜微擾。該點同樣適用于發(fā)射的時間特性(temporal behav1r)。
[0006]一些磷化合物的唯一性的光譜性質使得它們良好地適合于在鑒定或識別具有特殊價值或重要性的制品(例如鈔票，護照，生物樣品等)中使用。因此，具有已知光譜特征的發(fā)光磷化合物已經被引入至各種類型的制品中以增強檢測此類制品的偽造品或假冒復制品或識別和追蹤所述制品的能力。例如，發(fā)光磷化合物已經以添加劑，涂層，以及印刷的或其他方式施加的部件(其可在鑒定或追蹤制品過程中被分析)的形式被引入到各種類型的制品中。
[0007]可使用特別設計的鑒定設備通過已知鑒定技術來鑒定包含發(fā)光磷化合物的制品。盡管此類鑒定技術在檢測和阻止相對簡單的偽造和假冒活動中是高度有效的，然而它們會表現(xiàn)出缺點。例如，具有合適的資源和設備的個體可能能夠采用光譜測定技術以確定一些磷化合物的組分。從而所述磷化合物可被重制并與不可信的制品一起使用，因此損害了鑒定益處，否則其可通過特定的磷化物來提供。進一步地，許多磷化合物具有相對高的密度，例如大于或等于約5克/立方厘米。因此，在許多液體介質，包括墨水中磷化合物難以分散，且當應用墨水時沉降可導致磷化合物的不均勻的濃度。
[0008]因此，盡管已經開發(fā)了許多種磷化合物以用上述方式來促進制品鑒定，開發(fā)另外的化合物是所需要的，其可使偽造和假冒活動更加困難，和/或其可證實對于識別和追蹤具有特殊利益的制品來說是有益的。進一步地，開發(fā)具有小于5克/立方厘米的密度，并因此可有效地分散在液體介質例如墨水中的磷化合物是所需要的。更進一步地，從后面的對本發(fā)明的詳細描述和所附的權利要求，聯(lián)合附圖和本發(fā)明的該【背景技術】，本發(fā)明的其他所需要的特性和特征將變得明確。
[0009]發(fā)明概述
在此提供發(fā)光硼酸鹽，包含發(fā)光硼酸鹽顆粒的發(fā)光材料，以及包含安全部件的制品，所述安全部件包含發(fā)光硼酸鹽顆粒。在一種實施方案中，發(fā)光硼酸鹽包含具有含B9O16晶格的主體硼酸鹽。釹和鐿存在于主體硼酸鹽之中，且一種或多種可替換的元素任選地與釹和鐿一起存在于主體硼酸鹽之中。所述一種或多種可替換的元素與釹和鐿不同。
[0010]在另一種實施方案中，發(fā)光材料包含介質和分散在介質中的發(fā)光硼酸鹽的顆粒。發(fā)光硼酸鹽包含具有含B9O16晶格的主體硼酸鹽。釹和/或鐿存在于主體硼酸鹽之中，且一種或多種可替換的元素任選地與釹和/或鐿一起存在于主體硼酸鹽之中。所述一種或多種可替換的元素與釹和鐿不同。
[0011]在另一種實施方案中，制品包含安全部件。安全部件包含介質和分散在介質中的發(fā)光硼酸鹽的顆粒。發(fā)光硼酸鹽包含具有含B9O16晶格的主體硼酸鹽。釹和/或鐿存在于主體硼酸鹽之中，且一種或多種可替換的元素任選地與釹和/或鐿一起存在于主體硼酸鹽之中。所述一種或多種可替換的元素與釹和鐿不同。
[0012]附圖簡要說明
在下文中將聯(lián)合以下的圖來描述各種實施方案中的實施方案，其中相同的數(shù)字指代相同的要素，且其中:
圖1描述了根據(jù)各種示例實施方案的發(fā)光硼酸鹽的潛在的組分；
圖2A為描述了具有式Ba(NdYb)B9O16的釹與鐿的比率為80-20的發(fā)光硼酸鹽的在波長光譜范圍的相對吸收的圖表；
圖2B為描述了具有式Ba(NdYb)B9O16的不同釹與鐿的比率的發(fā)光硼酸鹽的發(fā)射光譜的圖表；
圖3為依照一種示例實施方案制備發(fā)光硼酸鹽，包含硼酸鹽的介質，以及包含含有硼酸鹽的介質的制品的方法的流程圖；和
圖4為根據(jù)一種示例實施方案的制品的截面?zhèn)纫晥D，所述制品包含基材和鑒定部件。
[0013]發(fā)明詳述
以下對本發(fā)明的各種實施方案的詳細描述本質上僅為示例性的，且不旨在限制發(fā)明的主題內容或發(fā)明主題內容的應用和用途。更進一步地，不旨在被存在于前面的【背景技術】或以下的詳細描述中的任何理論所束縛。
[0014]在下面詳細討論的實施方案包括發(fā)光硼酸鹽，發(fā)光材料，用于制備此類發(fā)光材料的方法，以及包含發(fā)光硼酸鹽的制品。下面描述的發(fā)光硼酸鹽的實施方案增加了可用于鑒定或識別的可用材料的多樣性。出于鑒定的目的，表征來自在此討論的發(fā)光硼酸鹽的發(fā)射的光譜特征和衰變時間常數(shù)可用作可測量的量。進一步地，如在下面進一步詳細討論的，發(fā)光硼酸鹽具有高的硼含量，其導致發(fā)光硼酸鹽具有小于5克/立方厘米的密度。由此，發(fā)光硼酸鹽趨向于有效地分散在液體介質例如墨水中以形成穩(wěn)定的分散體；在這一方面，當將液體介質施加到基材時，它們耐沉降并提供均一濃度的發(fā)光硼酸鹽。同樣由于發(fā)光硼酸鹽的硼含量，發(fā)光硼酸鹽具有相對高的折射率和低體色(body color),該相對高的折射率，例如約1.60-約1.65的折射率，使得折射率能夠與具有相似折射率的特定的聚合物介質相匹配，由此使得難以檢測發(fā)光硼酸鹽在聚合物介質中的存在。進一步地，即使當釹在發(fā)光硼酸鹽中以高量存在(例如100%替換)時，發(fā)光硼酸鹽的低體色使得難以用人眼基于顏色變化在視覺上檢測到發(fā)光硼酸鹽在特定的介質中的存在。在此描述的此類發(fā)光硼酸鹽的特征全部抑制了潛在的造假者檢測和復制包含發(fā)光硼酸鹽的安全部件的能力。
[0015]圖1描述了根據(jù)各種示例性實施方案的發(fā)光硼酸鹽100的潛在組分。發(fā)光硼酸鹽100包含具有含B9O16晶格的主體硼酸鹽110，其充當主體晶格材料。在實施方案中，發(fā)光硼酸鹽100還包含存在于主體硼酸鹽110之中的釹120 (Nd)和/或鐿130 (Yb)，可通過替換一種或多種可替換的元素來將其引入到主體晶格中，所述一種或多種可替換的元素與釹和鐿不同，其例如為鑭(La)或另外的稀土元素(包括釔)，正如在下面進一步詳細描述的。發(fā)光硼酸鹽100任選地進一步包含存在于主體硼酸鹽110之中的一種或多種可替換的元素。
[0016]具有含B9O16晶格的主體硼酸鹽110更特別地包括釹120和/或鐿130被引入至其中的材料，所述引入例如通過用釹120和/或鐿130替換主體硼酸鹽110的一種或多種可替換的元素進行。更為特別地，主體硼酸鹽110是含B9O16的晶格，釹120和/或鐿130可在晶格中的不同位置被替換至所述晶格中。在一種實施方案中，主體硼酸鹽110是具有式MeReB9O1J^硼酸鹽，其中Me選自鍶，鋇，或它們的混合，且Re代表一種或多種可替換的元素。MeReB9O16是單斜晶體。將意識到的是上面的式子代表了主體硼酸鹽110的平均式，且主體硼酸鹽110潛在