掺锰（Mn4+）的Sr2CaWO6红色荧光粉，用于提升法医指纹分析效果

Sr₂CaWO₆:Mn⁴⁺磷光材料通过固相法合成并优化，其结构、形貌及发光特性经XRD、SEM等分析，最佳掺杂浓度为0.7 mol%，在320 nm激发下687 nm处呈现深红发射，有效提升不锈钢、玻璃等基材上指纹的分辨率和细节识别。

朴成俊|吴泰洪|杨贤京

韩国釜山浦项国立大学海洋生物电子学融合技术中心，48513

摘要

采用固态反应方法合成了不同Mn⁴⁺离子浓度（0.1、0.3、0.5、0.7、1.0和3.0摩尔%）的Mn⁴⁺掺杂Sr₂CaWO₆荧光体。本实验研究了Sr₂CaWO₆:Mn⁴⁺荧光体的结构、组成、形貌和光致发光特性。这些荧光体具有良好的结晶结构，粒径约为几微米，带隙值为3.70电子伏特。在320纳米的激发光下，它们发出中心波长为687纳米的深红色光。最佳掺杂浓度为0.7摩尔%。制备的荧光体被用于多种基底（不锈钢、玻璃、塑料卡和货币）上的指纹可视化，显著提高了指纹图案的分辨率，可以清晰观察到1-3级别的详细指纹特征。这些结果表明，Sr₂CaWO₆:Mn⁴⁺荧光体在潜在指纹检测领域具有广泛应用前景。

引言

目前，荧光体因其强烈的光致发光[1]、化学稳定性[2]和热稳定性[3]而受到广泛关注。A₂BB'O₆双钙钛矿结构因其独特的结构、电学和光学性能而在应用研究中受到重视[4]。该结构由交替排列的BO₆和B’O₆八面体组成，A位点原子位于这些八面体的间隙中。A位点阳离子为半径较大的碱金属元素（Sr、Ca和Ba），而B位点阳离子为半径较小的过渡金属元素。基于钨酸盐的双钙钛矿结构在近紫外区域具有宽吸收带[5]。通过使用不同的激活剂和基质，可以调节荧光体的发射光谱。已经研究了多种稀土离子掺杂的双钙钛矿荧光体，例如Sr₂CaWO₆:Eu³⁺[6]、Sr₂CaWO₆:Sm³⁺[7]、Sr₂CaWO₆:Dy³⁺[8]、Ba₂CaWO₆:Pr³⁺[9]、Ba₂CaWO₆:Mn⁴⁺[10]、Ba₂CaWO₆:Eu³⁺[11]、Sr₂Ca_1-xLn_xWO₆:Mn⁴⁺[12]、La₂LiTaO₆:Mn⁴⁺[13]等。由于这些优势，荧光体可应用于生物成像[14][15][16]、植物生长[17][18]、发光二极管[19][20]、潜在指纹检测[21][22]、防伪[23][24]和温度计[25][26]等领域。

指纹在犯罪侦查中起着重要作用，因为其独特的图案具有很高的识别价值。指纹图案分为三个级别：1级代表典型的指纹特征（如环、弓和旋涡），安全性较低；2级包含钩状、湖状、核心、三角洲、眼状和分叉等特征；3级则显示了更详细的指纹细节（如汗孔、疤痕和线条形状）。这些特征因人而异且不会随年龄变化，因此3级图案具有很高的安全性。然而，由于大多数指纹肉眼无法察觉，因此需要改进指纹检测技术以提高分辨率。

目前有多种材料（如Al₂O₃、ZnO和Fe₃O₄）被用于指纹检测，但这些材料存在背景干扰和分辨率不足的问题，导致检测灵敏度较低。为解决这些问题，我们研究了具有高对比度和强发光特性的Sr₂CaWO₆:Mn⁴⁺荧光体。

本文报道了通过固态反应方法合成了不同Mn_{4+离子浓度（0.1、0.3、0.5、0.7、1.0和3.0摩尔%）的Sr2CaWO6:Mn⁴⁺荧光体。使用XRD、拉曼光谱、XPS和EDS分析了其结构和元素组成，通过FE-TEM和FE-SEM观察了颗粒形态和大小，并通过紫外-可见光和光致发光特性对其光学性能进行了研究。此外，还将这些荧光体应用于不锈钢、玻璃、塑料卡和货币等基底上的潜在指纹检测。}

材料与方法

通过简单的固态反应方法合成了不同Mn_{4+离子浓度（x = 0.1、0.3、0.5、0.7、1.0和3.0摩尔%）的Sr2CaW1-xO6:xMn⁴⁺荧光体。所用原料包括碳酸锶（SrCO3，99.90%，Aldrich）、碳酸钙（CaCO3，99.50%，Junsei）、三氧化钨（WO3，99.90%，Aldrich）和二氧化锰（MnO2，99.90%，Aldrich）。将适量的这些粉末在玛瑙研钵中充分研磨后混合。}

结构特性

不同Mn_{4+离子浓度（0.1、0.3、0.5、0.7、1.0和3.0摩尔%）的Sr2CaW1-xO6:xMn⁴⁺荧光体的XRD图谱如图1(a)所示。所有衍射图谱与标准参考图谱（JCPDS No. 76–1983）吻合良好，未检测到杂质峰。Mn⁴⁺离子浓度的变化不影响Sr2CaW1-xO6:xMn⁴⁺荧光体的晶体结构。宿主和激活剂的离子半径分别为Sr²⁺（1.26 Å，CN = 8）和Ca²⁺}

结论

通过固态反应合成了不同Mn_{4+离子浓度（0.1、0.3、0.5、0.7、1.0和3.0摩尔%）的Sr2CaWO6:Mn⁴⁺荧光体。这些荧光体具有八面体结构，无杂质峰，在320纳米激发光下发出中心波长为687纳米的深红色光，对应于Mn⁴⁺的²Eg → ⁴A2g跃迁。随着Mn4+离子浓度从0.1摩尔%增加到0.7摩尔%，其光致发光强度逐渐增强。}

作者贡献声明

朴成俊：撰写初稿、进行正式分析及数据整理。吴泰洪：撰写及编辑。杨贤京：撰写及编辑。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了浦项国立大学（2025年）的研究资助。