发光硼酸盐,引入此类硼酸盐的发光材料和制品

摘要

在此提供了发光硼酸盐，结合此类硼酸盐的发光材料和制品。发光硼酸盐的一种实施方案包含具有含B

说明书

优先权请求

该申请请求在2012年11月30日提交的U.S.临时申请No.61/732,022的权益。

技术领域

该技术领域总体涉及辐射发射化合物，且更具体地涉及发光硼酸盐，引入此类硼酸盐的发光材料和制品。

背景技术

发光磷化合物是当通过外部能量源激发该化合物时，能够发射可检测量的在红外，可见，和/或紫外光谱中的辐射的化合物。典型的发光磷化合物至少包含主体材料（例如晶格），发射离子（例如稀土金属的离子），以及在一些情况下，“敏化”离子（例如过渡金属或不同的稀土金属的离子，其可吸收和转移能量至发射稀土金属离子）。通过以下步骤实现由磷化合物产生辐射：通过发射离子（一种或多种）或通过主体材料和敏化离子（一种或多种）之一或两者来吸收入射辐射，随后能量从主体材料/敏化离子（一种或多种）转移至发射离子（一种或多种），并由发射离子（一种或多种）将经转移的能量辐射。

选择的磷化合物的组分可导致化合物具有特定的发射性质，包括光谱发射，其所在的波长大于激发波长。然而，并不是每种离子都将在所有的主体材料中产生发射。存在许多例子，其中具有发射潜势的辐射被猝灭，或从吸收离子或主体材料至发射离子的能量转移如此的差以至于辐射作用几乎不可观测。在其他主体材料中，辐射作用可非常的大且具有接近1（near unity）的量子效率。

对于会产生可观测的发射的特定的磷化合物来说，在其发射中的较高光谱能量含量（或发光输出）的光谱位置（一个或多个）（即其“光谱特征”）可用于从其他化合物中唯一地识别磷化合物。光谱特征主要归因于稀土金属离子（一种或多种）。然而，由于主体材料对各种发射离子的影响（通常通过晶体场强度和分裂），可能存在光谱微扰。该点同样适用于发射的时间特性（temporal behavior）。

一些磷化合物的唯一性的光谱性质使得它们良好地适合于在鉴定或识别具有特殊价值或重要性的制品（例如钞票，护照，生物样品等）中使用。因此，具有已知光谱特征的发光磷化合物已经被引入至各种类型的制品中以增强检测此类制品的伪造品或假冒复制品或识别和追踪所述制品的能力。例如，发光磷化合物已经以添加剂，涂层，以及印刷的或其他方式施加的部件（其可在鉴定或追踪制品过程中被分析）的形式被引入到各种类型的制品中。

可使用特别设计的鉴定设备通过已知鉴定技术来鉴定包含发光磷化合物的制品。尽管此类鉴定技术在检测和阻止相对简单的伪造和假冒活动中是高度有效的，然而它们会表现出缺点。例如，具有合适的资源和设备的个体可能能够采用光谱测定技术以确定一些磷化合物的组分。从而所述磷化合物可被重制并与不可信的制品一起使用，因此损害了鉴定益处，否则其可通过特定的磷化物来提供。进一步地，许多磷化合物具有相对高的密度，例如大于或等于约5克/立方厘米。因此，在许多液体介质，包括墨水中磷化合物难以分散，且当应用墨水时沉降可导致磷化合物的不均匀的浓度。

因此，尽管已经开发了许多种磷化合物以用上述方式来促进制品鉴定，开发另外的化合物是所需要的，其可使伪造和假冒活动更加困难，和/或其可证实对于识别和追踪具有特殊利益的制品来说是有益的。进一步地，开发具有小于5克/立方厘米的密度，并因此可有效地分散在液体介质例如墨水中的磷化合物是所需要的。更进一步地，从后面的对本发明的详细描述和所附的权利要求，联合附图和本发明的该背景技术，本发明的其他所需要的特性和特征将变得明确。

发明概述

在此提供发光硼酸盐，包含发光硼酸盐颗粒的发光材料，以及包含安全部件的制品，所述安全部件包含发光硼酸盐颗粒。在一种实施方案中，发光硼酸盐包含具有含B₉O₁₆晶格的主体硼酸盐。钕和镱存在于主体硼酸盐之中，且一种或多种可替换的元素任选地与钕和镱一起存在于主体硼酸盐之中。所述一种或多种可替换的元素与钕和镱不同。

在另一种实施方案中，发光材料包含介质和分散在介质中的发光硼酸盐的颗粒。发光硼酸盐包含具有含B₉O₁₆晶格的主体硼酸盐。钕和/或镱存在于主体硼酸盐之中，且一种或多种可替换的元素任选地与钕和/或镱一起存在于主体硼酸盐之中。所述一种或多种可替换的元素与钕和镱不同。

在另一种实施方案中，制品包含安全部件。安全部件包含介质和分散在介质中的发光硼酸盐的颗粒。发光硼酸盐包含具有含B₉O₁₆晶格的主体硼酸盐。钕和/或镱存在于主体硼酸盐之中，且一种或多种可替换的元素任选地与钕和/或镱一起存在于主体硼酸盐之中。所述一种或多种可替换的元素与钕和镱不同。

附图简要说明

在下文中将联合以下的图来描述各种实施方案中的实施方案，其中相同的数字指代相同的要素，且其中：

图1描述了根据各种示例实施方案的发光硼酸盐的潜在的组分；

图2A为描述了具有式Ba(NdYb)B₉O₁₆的钕与镱的比率为80-20的发光硼酸盐的在波长光谱范围的相对吸收的图表；

图2B为描述了具有式Ba(NdYb)B₉O₁₆的不同钕与镱的比率的发光硼酸盐的发射光谱的图表；

图3为依照一种示例实施方案制备发光硼酸盐，包含硼酸盐的介质，以及包含含有硼酸盐的介质的制品的方法的流程图；和

图4为根据一种示例实施方案的制品的截面侧视图，所述制品包含基材和鉴定部件。

发明详述

以下对本发明的各种实施方案的详细描述本质上仅为示例性的，且不旨在限制发明的主题内容或发明主题内容的应用和用途。更进一步地，不旨在被存在于前面的背景技术或以下的详细描述中的任何理论所束缚。

在下面详细讨论的实施方案包括发光硼酸盐，发光材料，用于制备此类发光材料的方法，以及包含发光硼酸盐的制品。下面描述的发光硼酸盐的实施方案增加了可用于鉴定或识别的可用材料的多样性。出于鉴定的目的，表征来自在此讨论的发光硼酸盐的发射的光谱特征和衰变时间常数可用作可测量的量。进一步地，如在下面进一步详细讨论的，发光硼酸盐具有高的硼含量，其导致发光硼酸盐具有小于5克/立方厘米的密度。由此，发光硼酸盐趋向于有效地分散在液体介质例如墨水中以形成稳定的分散体；在这一方面，当将液体介质施加到基材时，它们耐沉降并提供均一浓度的发光硼酸盐。同样由于发光硼酸盐的硼含量，发光硼酸盐具有相对高的折射率和低体色（body color），该相对高的折射率，例如约1.60-约1.65的折射率，使得折射率能够与具有相似折射率的特定的聚合物介质相匹配，由此使得难以检测发光硼酸盐在聚合物介质中的存在。进一步地，即使当钕在发光硼酸盐中以高量存在（例如100%替换）时，发光硼酸盐的低体色使得难以用人眼基于颜色变化在视觉上检测到发光硼酸盐在特定的介质中的存在。在此描述的此类发光硼酸盐的特征全部抑制了潜在的造假者检测和复制包含发光硼酸盐的安全部件的能力。

图1描述了根据各种示例性实施方案的发光硼酸盐100的潜在组分。发光硼酸盐100包含具有含B₉O₁₆晶格的主体硼酸盐110，其充当主体晶格材料。在实施方案中，发光硼酸盐100还包含存在于主体硼酸盐110之中的钕120（Nd）和/或镱130（Yb），可通过替换一种或多种可替换的元素来将其引入到主体晶格中，所述一种或多种可替换的元素与钕和镱不同，其例如为镧（La）或另外的稀土元素（包括钇），正如在下面进一步详细描述的。发光硼酸盐100任选地进一步包含存在于主体硼酸盐110之中的一种或多种可替换的元素。

具有含B₉O₁₆晶格的主体硼酸盐110更特别地包括钕120和/或镱130被引入至其中的材料，所述引入例如通过用钕120和/或镱130替换主体硼酸盐110的一种或多种可替换的元素进行。更为特别地，主体硼酸盐110是含B₉O₁₆的晶格，钕120和/或镱130可在晶格中的不同位置被替换至所述晶格中。在一种实施方案中，主体硼酸盐110是具有式MeReB₉O₁₆的硼酸盐，其中Me选自锶，钡，或它们的混合，且Re代表一种或多种可替换的元素。MeReB₉O₁₆是单斜晶体。将意识到的是上面的式子代表了主体硼酸盐110的平均式，且主体硼酸盐110潜在地具有用于主体硼酸盐110的晶格之中不同位置的Me和Re的不同原子。由于具有式MeReB₉O₁₆的主体硼酸盐110的尺寸和构造，在一种实施方案中，在遍及晶格中Me为钡。在此使用的术语“可替换的元素”是指占据晶体结构之中的某些位点的主体硼酸盐110的元素，其中在发光硼酸盐100形成过程中可将另外的元素（例如钕120和/或镱130）替换至那些位点之中。可替换的元素的例子包括不同于钕120和镱的稀土元素，包括钇。合适的稀土元素的例子包括但不限于镧，铈，铕，钆，铽，和它们的混合。再次地，由于具有式MeReB₉O₁₆的主体硼酸盐110的尺寸和构造，在一种实施方案中，Re是镧。合适的主体硼酸盐110的具体的例子为硼酸钡镧（BaLaB₉O₁₆）。下面的描述主要使用硼酸钡镧作为主体硼酸盐110的例子，其适合与各种实施方案一起使用。将理解的是也可使用除了硼酸钡镧以外的其它主体硼酸盐，例如上面列出的可选的例子以及在Me位点上具有+2价和在Re位点上具有+3价的任何此类硼酸盐，且此类可选的实施方案被认为是在发明主题内容的范围内。

如上面所阐述的，在得到的发光硼酸盐100中，在主体硼酸盐110中的一种或多种可替换的元素被钕120和/或镱130替换。例如，当主体硼酸盐110具有式MeReB₉O₁₆时，发光硼酸盐100的各种实施方案包含替换至Re位点中的钕120和镱130之一或两者。特别地，在一种实施方案中，发光硼酸盐100具有式MeXB₉O₁₆，其中Me，B和O与上面所阐述的相同，且X是钕120和/或镱130以及任选地Re，其中钕、镱和Re以多至100%的任何分数存在于X中。如上述的主体硼酸盐110那样，将意识到的是上面的发光硼酸盐100的式子代表发光硼酸盐100的平均式，且发光硼酸盐100潜在地具有用于发光硼酸盐100之中不同位置的Me和Re的不同原子。

钕120和镱130在发光硼酸盐100中作为发射离子起作用。作为发射离子，当接收合适的激发能量时钕120和镱130产生可检测的辐射。 钕120和镱130可通过多重机制接受用于后续辐射的能量。例如，钕120能够直接吸收激发辐射，且之后钕120可辐射至少一些经吸收的能量（通常在与激发辐射不同且更长的波长下）。由此，在一种实施方案中，发光硼酸盐100包含100%的钕120替换，正如达到大多数市售的鉴别设备例如能量色散X射线光谱法设备的检测限所测量的。包含主体硼酸盐110和钕120（但没有镱130）的发光硼酸盐100的实施方案在此称作“Nd：硼酸盐晶体”。

镱130也可被直接激发，然而镱吸收谱带非常接近于发射谱带（例如吸收谱带起始于约910 nm）。由此，在另一种实施方案中，发光硼酸盐100包含100%的镱130替换，正如达到大多数市售的鉴别设备例如能量色散X射线光谱法设备的检测限所测量的。包含主体硼酸盐110和镱130（但没有钕120）的发光硼酸盐100的实施方案在此称作“Yb：硼酸盐”。在另一种实施方案中，正如上面所提到的，发光硼酸盐100包含钕120和镱130两者的替换。包含主体硼酸盐110，钕120，和镱130的发光硼酸盐100的实施方案在此称作“Nd：Yb：硼酸盐晶体”。

如在此使用的，“合适的激发能量”指具有对应于发光硼酸盐100的吸收离子的吸收谱带的波长范围的激发能量。当将合适的激发能量引导至上面列出的任何的实施方案中的发光硼酸盐100时，激发能量被发光硼酸盐100中的吸收离子吸收，且在发光硼酸盐100之中的发射离子（即钕120和/或镱130）可产生可检测的发射。例如，在包含钕120的实施方案（例如Nd：硼酸盐晶体或Nd：Yb：硼酸盐晶体）中，钕120可作为吸收离子起作用，其可直接吸收合适的激发能量（例如在钕120吸收谱带中的激发能量）。在也包含镱130的实施方案（例如Nd：Yb：硼酸盐）中，已经发现钕120有效率地将能量转移至镱130，且镱130可在一个或多个镱发射谱带产生可检测的发射。因此，钕120作为吸收离子起作用，且镱130作为发射离子起作用。钕120也可作为发射离子起作用，其在一个或多个钕发射谱带产生可检测的发射。如在此使用的，“发射谱带”在此定义为表示电磁光谱的波长的连续范围，在其之中由发光材料的一种或多种发射离子发生集中的、不可忽略的（即可检测的）发射。对于任何特定的发射离子，由较低波长（低于该波长该离子的发射是可忽略的）和较高波长（高于该波长该离子的发射是可忽略的）来对“发射谱带”进行划界。

发光硼酸盐100的示例性的实施方案包含具有一种或多种可替换的元素（例如当主体硼酸盐110具有式MeReB₉O₁₆时为Re）的主体硼酸盐110，所述可替换的元素被钕120以至少20%的第一替换百分比所替换，和/或所述一种或多种可替换的元素被镱130以第二替换百分比所替换。被替换至主体硼酸盐110中的钕120和/或镱130的量在此按照原子百分比进行描述。第二替换百分比可等于或不同于第一替换百分比。例如，在一种实施方案中，一种或多种可替换的元素被钕120以约50%-约95%的替换百分比所替换，且一种或多种可替换的元素被镱130以约50%-约5%的替换百分比所替换。在另一种示例性的实施方案中，第一替换百分比为约85%-约95%，且第二替换百分比为约15%-约5%。

可将主体硼酸盐110称作化学计量的硼酸盐，其表示可将一种或多种发射离子（例如钕120和/或镱130）替换至晶格中，对一种或多种可替换的元素（例如在式MeReB₉O₁₆中的Re，且Re为稀土元素例如镧）进行100%的替换，得到的发光硼酸盐100仍拥有有用的发光性质。根据一种实施方案，在主体硼酸盐110中可被钕120和/或镱130替代的一种或多种可替换的元素的原子的数量等于100%。换句话说，钕120和镱130对一种或多种可替换的元素Re的总的、合并的替换百分比可多至100%，然而其也可小于100%。“100%替换”的意思为实现了钕120和/或镱对一种或多种可替换的元素的完全替换，正如达到大多数市售的鉴别设备例如能量色散X射线光谱法设备的检测限所测量的，其中痕量的一种或多种可替换的元素可能在低于设备的检测限下存在。在其他实施方案中，至少一些的一种或多种可替换的元素可与钕120和/或镱130一起仍然存在于发光硼酸盐100中，且一种或多种可替换的元素可以能够被大多数市售鉴别设备例如能量色散X射线光谱法设备检测的量存在。在主体硼酸盐110中允许用钕120或镱130原子替代的一种或多种可替换的元素的每个原子与其将被替代为的离子具有相似的尺寸，相似的装载，和相似的配位优先性。在形成发光硼酸盐100的过程中，在主体硼酸盐110中的各个位置的原子将被计作100原子%。尽管许多发射离子在远低于100%替换水平下浓度猝灭，已经发现在一些实施方案中，可将钕120在多至100%的替换百分比下替换至主体硼酸盐110中，而不会大量的浓度猝灭。据信由于在主体硼酸盐110中的钕120和/或镱130的物理间隔足够远离，使得交互作用（interaction term）被显著降低，因此高钕120替换水平是可能的。

在发光硼酸盐100的各种实施方案中，如图2B所显示的，镱130产生以约985纳米（nm）和约1050 nm为中心的相对强的发射，且在985 nm谱带的发射通常具有更高的强度。此外，在一些实施方案中，钕120产生以约880 nm和1065 nm为中心的相对强的发射，且在1065 nm的谱带通常具有更高的强度。在图2B中显示的发射光谱中，来自875-910的谱带可归因于钕发射，来自960-1040 nm的谱带可归因于镱发射，在1060 nm处的相对小的峰可归因于Yb且在1065 nm处的相对较大的峰可归因于钕。在图2B的发射光谱中，对钕的相对量的减少和对镱的相对量的相匹配的增加导致较少的钕发射，这是因为钕和镱之间的能量转移更加完全。

图2A为根据一种示例性的实施方案来描述作为激发波长（以nm计）的函数的钕的相对吸收（以任意单位计，AU）的图表200。更为具体地，如图2A所示，显示了在一种实施方案中的相对吸收，该实施方案包括硼酸钡镧，镧的80%被钕替换，且镧的20%被镱替换（因此镧被完全替换）。

如上所述，发光硼酸盐100的实施方案具有使它们特别良好地适合于各种唯一性应用的材料性质。特别地，由于在主体硼酸盐110中的9个硼原子的高硼含量，发光硼酸盐100的密度小于或等于4克/立方厘米（g/cc），例如为2.3-4 g/cc。在其中发光硼酸盐100具有式MeXB9O16的一种实施方案中，发光硼酸盐100的密度约为2.45g/cc，其使得发光硼酸盐100可更容易地分散在液体介质例如墨水中。此外，已经观察到发光硼酸盐100的实施方案具有非常弱的体色（在图2A中注意到在可见波长光谱中仅存在一个主峰，且其非常窄；大多数的吸收在红外波长光谱（>700 nm）中），使得发光硼酸盐100特别适合于在隐蔽的鉴定应用中使用。例如，可将发光硼酸盐100的实施方案引入至透明墨水（clear ink）或其他介质中，并以含硼酸盐的墨水或介质不易被肉眼检测到的方式印刷到制品400上。在一种特定的实施方案中，墨水或墨水添加剂包含有颜色的染料且可含有黑色染料，其在高于660 nm的波长变得红外透明。特别地，由于弱的体色和发光硼酸盐的吸收/发射波长高于660 nm，发光硼酸盐100可包含在含有黑色染料的墨水或墨水添加剂中，而黑色染料不会干扰对发光硼酸盐的检测。进一步地，发光硼酸盐100在墨水或墨水添加剂中的存在被黑色染料明显地掩盖。

依照一种示例性的实施方案，图3是用于制备发光硼酸盐（例如发光硼酸盐100，图1），包含发光硼酸盐以形成发光材料的介质，以及包含发光材料的制品（例如制品400，图4）的方法的流程图。在方框302中，通过制备具有式MeXB₉O₁₆的预制（preliminary）发光硼酸盐（例如发光硼酸盐100，图1）来开始所述方法。通常可使用本领域技术人员已知的多种常规方法中的任何方法来生成发光硼酸盐。例如，可使用固态化学（solid state chemistry）来实现各种实施方案的预制发光硼酸盐的形成，正如下面所描述的。更为具体地，根据一种实施方案，通过使用包含硼酸盐的全部元素的组分生长硼酸盐晶体来制备预制发光硼酸盐，所述组分通常为氧化物的形式。

例如，可使用固态化学制备具有式MeXB₉O₁₆的发光硼酸盐。更为特别地，为在预制发光硼酸盐中引入硼，硼酸（H₃BO₃）为使用的组分之一以生长预制发光硼酸盐。正如之前讨论的，在各种实施方案中在主体硼酸盐中的元素Me可为锶和/或钡。因此，用来生长预制发光硼酸盐的另外的组分分别为碳酸锶（SrCO₃）和/或碳酸钡（BaCO₃）（在下面称为“Me碳酸盐”），取决于在发光硼酸盐中使用哪种元素Me。此外，发光硼酸盐中的元素X可为钕，镱，或一种或多种不同于钕和镱的可替换的元素，例如镧。因此，用来生长预制发光硼酸盐的另外的组分分别为氧化钕（Nd₂O₃），氧化镱（Yb₂O₃），或一种或多种可替换的元素的氧化物（在下面称为“Re氧化物”），例如氧化镧（La₂O₃），取决于在发光硼酸盐中使用哪种元素X。

根据一种实施方案，在氧化钕和氧化镱中的钕和镱具有+3价。为了将钕和/或镱替换至预制发光硼酸盐之中，用所需量的氧化钕，或氧化钕和氧化镱的组合来替代包含一种或多种可替换的元素的Re氧化物的一些或全部，其中替代量按照原子数量来定义（即指示用钕和/或镱原子来替代的一种或多种可替换的元素的原子的百分比）。例如，如果需要在预制发光硼酸盐的X位点中具有60%的钕替换和10%的镱替换，将用氧化钕替代60%的包含一种或多种可替换的元素的Re氧化物，以及将用氧化镱替代10%的包含一种或多种可替换的元素的Re氧化物。

在方框304中，一旦以合适的量组合（例如在石英舟和/或氧化铝坩埚中），就活化发光硼酸盐，其通过在给定的温度（例如在约500-1200℃范围的温度，或不同的范围）下烧制（例如通常仅一次）经组合的组分给定的时间（例如在约30-60分钟范围的时间，或不同的范围）来进行，并斜度变化（ramp）至在前面提到的范围内的更高的温度进行在前面提到的范围内的更长的时间。任选地，首先在前面提到的范围内的较低的温度下烧制所述经组合的组分，接下来粉化（powderized），并然后在前面提到的范围内的较高的温度下重新烧制。得到的粉化的晶体由此形成预制发光硼酸盐。

尽管可使用固态化学以产生预制发光硼酸盐，正如上面讨论的，在其他情况下，可使用溶液化学技术。使用溶液化学时，将各种材料溶解，随后使其沉淀，并随后烧制。取决于用来生成发光硼酸盐的特定的过程，在形成预制发光硼酸盐中可包含其他材料。例如，可使各种稀释剂和其他前驱体包含在预制发光硼酸盐中。

在方框306中，可进一步研磨和/或过滤预制发光硼酸盐以产生所需尺寸的晶体颗粒。例如，已经发现在此描述的发光硼酸盐的各种实施方案的效率可保持相对高，即使当发光硼酸盐粉末包含平均粒度小于约200 微米，例如约0.2-约6微米，或可选地，约0.2-约0.8微米的颗粒时。在上面的范围内的发光硼酸盐的颗粒也可容易地分散在液体介质中以在约21℃的环境温度下形成稳定的分散体。如在此使用的，将术语“平均粒度”定义为颗粒平均直径（例如质量体积的50%点（D50）的粒度平均直径，如通过激光衍射型的测量装置，例如由Microtrac Inc. of Montgomeryville，PA所生产的装置所测量的）。

在方框308中，将发光硼酸盐颗粒引入至介质中以形成发光材料。举例来说，但不以限制的方式，所述介质可对应于制品的基材，或所述介质可对应于可被施加到（例如，印刷、涂覆、喷洒到上面或以其他方式粘附至或结合至）制品基材表面的材料，或对应于嵌入到基材中的部件（例如嵌入的部件，安全线（security thread）等）。在前者的情况下，可将发光硼酸盐颗粒引入至基材材料中，例如，通过使发光硼酸盐颗粒与用于基材的基本材料（例如纸，纸浆，聚合物，塑料，基于塑料的树脂，玻璃，金属，纺织品，纤维，陶瓷，木材，浆料，它们的混合物等）组合，和/或通过用发光硼酸盐颗粒的胶状分散体来浸渍基材。例如，浸渍可通过印刷，滴落，涂覆或喷洒过程进行。

在其中将发光硼酸盐颗粒引入至可被施加至基材表面的介质中的实施方案中，将发光硼酸盐颗粒混合在介质（例如墨水，墨水添加剂或其他载体）中以将发光硼酸盐颗粒分散在介质中并以形成发光材料，随后将发光材料施加到基材的表面。在其中将发光硼酸盐颗粒引入至嵌入在基材中的部件中的实施方案中，可以与将发光硼酸盐引入至基材中的类似的方式来进行将发光硼酸盐颗粒引入至所述部件中，如上面所讨论的。更为特别地，可使发光硼酸盐颗粒与基本材料（嵌入的部件由其形成）混合。在另外其他的实施方案中，可使发光硼酸盐颗粒与其他媒介（例如胶，各种液体，凝胶等）结合或组合。

在方框310中，制备了包含发光硼酸盐的制品。例如，这可通过将在介质中包含发光硼酸盐颗粒的发光材料引入到制品（例如制品400，图4）之中或之上来实现。在其中发光材料是用于基材（例如基材402，图4）的基本材料的实施方案中，可略过该步骤。相反，在其中发光材料可施加到基材表面的实施方案中，可在预先确定的位置将发光材料印刷到基材的一个或多个表面上。相反，当发光材料对应于嵌入的部件时，在基材材料为可塑（malleable）形式（例如当材料为浆料、熔融或非固化形式）时使嵌入的部件与基材材料合并。以上述的任何一种方式，可将发光硼酸盐的实施方案引入至制品中。

图4描述了根据一种示例实施方式的包含发光硼酸盐的制品400的截面视图。例如，制品400的一种实施方案可分别包含表面施加的和/或嵌入的安全部件410、420，所述安全部件包含分散在介质中的发光硼酸盐颗粒（未示出），和/或所述制品400可包含发光硼酸盐颗粒430，其均匀或不均匀地分散在制品400的一个或多个组分中（例如在制品400的基材402和/或一个或多个层或其他组分中）。安全部件410、420和颗粒430的各个相对尺寸在图4中可不按比例绘制。尽管示出了制品400包含表面施加的和/或嵌入的安全部件410、420和颗粒430两者，另外的制品可包含嵌入的安全部件，表面施加的安全部件，和分散的发光硼酸盐颗粒之一或它们的组合。最后，尽管在图4中仅显示了一个表面施加的安全部件410和一个嵌入的安全部件420，制品400可包含多于一个的任一类型的安全部件410、420。

在各种实施方案中，制品400可为选自以下的组的任何类型的制品，其包括但不限于标识卡（identification card），驾照，护照，标识文件（identity paper），钞票，支票，文件，纸，股票凭证，包装构件，信用卡，银行卡，标签，封条，代币（例如用于在赌博中使用和/或与赌博机或贩卖机一起使用），邮票，液体，人类，动物，以及生物样品。基材402可为各种类型的基材中的任何基材，且其包含一种或多种选自以下的组的材料，其包括但不限于纸，聚合物，玻璃，金属，纺织品和纤维。

在各个实施方案中，可为刚性或柔性的基材402可由一个或多个层或组分形成。基材402的构造的种类举不胜举，这是因为各种实施方案的发光硼酸盐可与大量不同类型的制品一起使用。因此，尽管在图4中示出了简单、单一的基材402，将理解的是基材402可具有各种不同构造中的任何构造。例如，基材402可为“复合”基材，其包含相同或不同材料的多个层或区域。举例来说，但不以限制的方式，基材可包含一个或多个纸层或区域和一个或多个塑料层或区域，将它们层叠或另行连结在一起以形成复合基材（例如纸层/塑料层/纸层或塑料层/纸层/塑料层复合基材）。此外，尽管在此讨论了无生命的固体制品，将理解的是“制品”也可包括人类，动物，生物样本，液体样品，以及实际上一种实施方案的发光材料可包含在其中或其上的任何其他物体或材料。

举例来说，但不以限制的方式，表面施加的安全部件410可为印刷的安全部件，或为包括一种实施方案的发光硼酸盐包含在其中或其上的一种或多种刚性或柔性材料的安全部件。举例来说，但不以限制的方式，表面施加的安全部件410可包括墨水，颜料，涂层，或漆，其包含分散在其中的一种实施方案的发光硼酸盐的颗粒。可选地，表面施加的安全部件410可包括一种实施方案的发光硼酸盐的颗粒包含在其中或其上的一种或多种刚性或柔性材料，其中然后将所述刚性或柔性材料粘附或另行连接至制品基材402的表面。根据各种实施方案，表面施加的安全部件410可具有约一微米或更大的厚度412，且表面施加的安全部件410可具有小于或等于基材402的宽度和长度的宽度和长度。

嵌入的安全部件420包括一种实施方案的发光硼酸盐包含在其中或其上的一种或多种刚性或柔性材料。举例来说，但不以限制的方式，可将嵌入的安全部件420配置为不连续的、刚性或柔性的基材，安全线，或另外类型结构的形式。根据各种实施方案，嵌入的安全部件420的厚度422可在约一微米多至基材402的厚度404的范围内，且嵌入的安全部件420可具有小于或等于基材402的宽度和长度的宽度和长度。

正如上面提到的，发光硼酸盐颗粒430可均匀地或不均匀地分散在基材402中，如图4所示，或在其他的实施方案中分散在制品400的一个或多个其他组分中（例如分散在制品的一个或多个层或其他组分中）。举例来说但不以限制的方式，可通过将颗粒430混合至用于基材402的基本材料或其他组分中，和/或通过用颗粒430的胶状分散体来浸渍基材402或其他组分，来将发光硼酸盐颗粒430分散在基材402或另外的组分中，正如前面所讨论的。

在此讨论的发光硼酸盐（例如发光硼酸盐100，图1）的实施方案的吸收和发射性质与它们的联合安全和鉴定部件的用途相一致。例如，使用相对常规的鉴定设备，发光硼酸盐的实施方案可容易地被激发。在包含钕的实施方案（例如Nd：Yb：硼酸盐晶体）中，可用在钕吸收谱带中的激发能量来激发发光硼酸盐。正如前面讨论的，在包含钕和镱两者的实施方案（例如Nd：Yb：硼酸盐晶体）中，钕可容易地将吸收的能量转移到镱（例如在钕吸收谱带中吸收的能量直接作为激发能量）。在此类实施方案中，钕在钕发射谱带中可产生可检测的发射，且镱在镱发射谱带中可产生可检测的发射。

根据一种实施方案，可将检测设备配置为检测钕和镱发射之一或两者，且配置为确定那些发射强度是否落入检测参数空间。此外，已经发现钕发射和镱发射之间的峰的比率为钕和镱替换百分比的强函数。因此，鉴定设备的实施方案可测量在钕发射谱带（例如以约880 nm为中心的发射谱带）和在镱发射谱带（例如以约985 nm为中心的发射谱带）中的发射强度，计算这些强度的比率，并确定该比率是否对应于具有合适的发光硼酸盐的鉴定材料，以及已知的钕和镱的替换百分比。用于鉴定包含具有发光硼酸盐的安全部件的制品的系统和鉴定设备可容易地被本领域技术人员识别和使用。尽管可用于鉴定包含具有发光硼酸盐的安全部件的制品的系统和鉴定设备是不受限制的，但在其中使用Nd：Yb：硼酸盐晶体的一种实施方案中，可使用硅检测器以有效地检测镱发射谱带的波长。然而，应意识到的是在其他实施方案中，可使用能够检测所需要的谱带内的发射的其他类型的检测器（例如铅-硫化物，铅-硒化物，锗，铟-锑化物，铟-砷化物，铟-镓-砷化物，铂-硅化物，铟-锑化物等）。

当分析指示与鉴定参数相对应的值落入到检测参数空间中至可接受的精确程度内时，可将制品400识别为可信的。相反，当分析指示与鉴定参数相对应的值未落入检测参数空间至可接受的精确程度内时，可将制品400识别为不可信的。

尽管在前面的详细描述中已经呈现了至少一种示例性的实施方案，应意识到的是存在大量的变型。还应意识到的是一种或多种示例性的实施方案仅为示例，且不旨在以任何方式限制发明主题内容的范围，适用性，或构造。相反地，前面的详细描述将为本领域技术人员提供了用于施行本发明的示例性实施方案的便利的路线图，将理解的是在不背离在所附的权利要求和它们的法律等同内容中所阐述的本发明的范围的情况下，可对在示例性的实施方案中描述的要素的功能和布置做出各种改变。