[兰州大学报]光学防伪验真之路的前行者

日期: 2020-11-20 阅读: 来源: 关键词:

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校报记者团 张莉娜 罗丽娟 薛曼 王曦晨

防伪,对于维护国家安全、金融经济安全具有重大意义。兰州大学“藏鹰”大学生科技创新团队针对目前防伪行业市场痛点,基于自身的新理念、新技术、新产品,提出了解决方案。近日,该团队的参赛项目《真稀——全球首个稀土基多模动态光学防伪验真整体方案提供商》在“航天科工杯”第七届“创青春”中国青年创新创业大赛暨2020中国青年创新创业交流会上斩获金奖,成为兰州大学以及甘肃省首个在该项大赛全国总决赛中获得金奖的项目。

防伪验真新路径

防伪是21世纪的朝阳产业,有着8000亿的庞大市场需求。当下主流防伪技术有激光防伪、荧光防伪、磁性防伪、全息防伪等,其中荧光防伪因其可视性强、易于设计应用,已发展成为最主要的防伪技术之一。货币作为防伪技术集大成者,就广泛采用了荧光防伪。

然而,传统防伪手段普遍存在技术老旧、验真困难、应用场景狭隘等问题,导致行业正处在一个难防伪、假防伪、甚至不防伪的时代,防伪市场也因此产生了一个6000亿的结构性市场空缺。

为了提高荧光防伪的安全性和技术壁垒,近年来研究人员研发了以碳点、半导体量子点、金属有机骨架、无机荧光粉和有机染料为基础的荧光印花防伪技术。与传统的防伪技术相比,其技术力提升、可靠性增强,但由于防伪过程仍是静态的,只要能用替代品模仿其荧光效果,其防伪标识就可以被仿制,因而其安全性仍然十分有限。

针对当下防伪行业市场痛点,“藏鹰”团队首创动态光学防伪技术、多模激发验真技术,突破了传统荧光防伪的“激发-表现”单一对应、静态恒定的弊端限制,在大幅提升安全周期的同时,简化了验真方式。

全球首创的动态荧光防伪技术在继承传统荧光防伪全部优点的前提下,将原本静态恒定、易于仿制的静态荧光标识,变为只有我们能实现的动态荧光,增加了防伪维度,安全周期呈指数上升,是暗场光学防伪未来的发展方向。

首创的多模激发验真技术,防伪标识可在力、热、光等弱源激发下发出荧光,尤其我们引入了力致激发模式,用手指划过标识即可激发出动态荧光,避免了使用紫外灯等检测设备,是当下最便捷的防伪验真手段。

面对市场上层出不穷的仿制手段,团队通过技术迭代不断跨越,以更高层次的防伪技术回应传统弊端,探索了防伪验真的新路径。

一场奇妙的发现

2018年,物理科学与技术学院2016级本科生周锦宇刚刚加入“藏鹰”团队不久,在张加驰老师的指导下开展第五代光存储技术的理论基础研究。

在一次讨论中,老师偶然讲到“力致发光和光存储一样都依赖于材料中的陷阱……”,周锦宇突然灵光一闪:“那自己做的光存储材料是不是也可能有力致发光呢?”他立刻钻到实验室中实实在在地进行了操作。

经过仔细的实验,周锦宇还真的在钇铝石榴石中发现了强烈的力致发光,而且他还惊讶地发现其力致发光完全不依赖与陷阱,竟然可以无需辐照蓄能即可持续力致发光。在随后发表的论文中,周锦宇将钇铝石榴石定义为除陷阱型氧化物、压电型硫化物之外的第三类力致发光材料,得到了同行的广泛认可,周锦宇也成为第三类力致发光材料的发现者。

为了探索力致发光的奥秘,周锦宇带领团队成员一起反复实验,并根据实验结果提出了可能的力致发光机理:应力使钇铝石榴石粉体与载体间产生摩擦电,并由此直接激发发光中心,产生力致发光,该理论很好地解释了在本实验中发现的奇特力致发光现象,因此该项发现以及相关机理的提出直接推动了力致发光领域的理论创新。

随后,“藏鹰”团队用发散思维拓展这一新材料的应用,利用动态发光在现阶段难以模仿的技术优势保证了防伪价值,团队将新材料应用于新型防伪验真激发手段,从而实现了该项新技术由实验室向市场田的华丽转身。

在项目推进过程中,有大大小小的难题需要克服。

实验中一个细微的数据差异都会导致整个实验过程重新来过。比如,在材料制备过程中,反复操作很多次但还是达不到满意程度的情况比比皆是。团队成员王世豪讲道:“动态发光看似简单,可背后却是基于‘陷阱调控’、‘能量传递’、‘发光猝灭’等发光原理的调控过程,对实验技术及工艺的要求极高。实际操作中总会有误差,而这些误差会给结果造成很大影响。”

此外,本科生从事科研工作还存在着经验不足等固有难题。在研究材料性能表征、数据分析的过程中需要操作各种设备,对团队成员们来说,简单的仪器尚能熟练操作,复杂、大型的仪器就超出了自身的能力,往往需要向老师寻求指导或请教有经验的研究生学长学姐。因此,每当老师布置任务后,队员们都会进行大量的文献调研与整理工作。对“藏鹰”团队而言,在实践中掌握知识、拓宽视野,不仅是知识结构上的一次次头脑风暴,也是自身能力上的一次次整合提升。

师生合力助推团队发展

项目的形成和推进与兰州大学物理学院密切相关。“藏鹰”团队是依托兰州大学特殊功能材料与结构设计教育部重点实验室、在物理学院功能与环境材料研究所老师指导下成立的大学生创新创业团队。

团队主要针对本科生进行科研能力训练,以光转换材料为研究方向,主要的指导老师包括张加驰教授、李慧慧教授、王赵锋研究员和王育华教授等人,现有核心成员14人,各专业本科生近60人,团队成员来自于物理、化学、大气、艺术、管理、新闻等多个学院,且均为本专业成绩优异的学生。拥有9名各专业年级第一名,近两年保研率100%。团队专业本领过硬,学科优势互补,文化理念健全,组织架构明确,有较强的盈利能力。周锦宇说:“藏鹰团队是人才的汇集,各有所长。交给队员的任务自己可以不用太放在心上,因为大家会完成得比我更好,彼此都是非常得力的合作伙伴。”

作为“藏鹰”团队的指导老师,张加驰老师除日常授课外,还负责“藏鹰”团队本科生研究指导的相关工作。他大部分时间都在榆中校区工作,在本科生双创基地的实验室、讨论室中与本科生沟通思路、畅谈想法。同学们眼中,他严谨认真却又不失幽默风趣,既教授专业高深的理论知识,又讲述轻松诙谐的漫画物理故事,向更多的同学介绍生活中有趣的物理现象;对待本科生,一直亲力亲为,经常从城关校区跑到榆中校区与同学们探讨研究的困难、问题,引导他们科研入门,在这种氛围下,同学们都很喜欢与老师探讨自己的观点想法。

团队中彼此信任、融洽轻松的研究氛围,让大家在项目的研发中可以充分配合、发挥优势,推动项目的发展进步,并最终在各类创新创业大赛中斩获荣誉。相信在以后科研发展的路上,他们会追逐着光的方向越走越远。

(《兰州大学报》2020年11月20日 总第973期 第03版:校园师生)

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编辑:陈柄霖
责任编辑:许文艳

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