储能型发光涂料的研制

在前面已描述过发光强度的衰减律, 是按 I = ct- n进行的。大致可分为两个阶段, 1～ 5 m in 是 快衰减过程, 而 5 m in 以后是一个慢衰减过程。从 这一规律可以看出, 如何提高发光亮度, 关键是提 高第一分钟的发光强度。我们根据“光的多颗粒效 应”, 按照此次造粒技术, 就可以适当提高发光强 度。
根据有关资料记载, Sr (A lB ) 2O 4: Eu2+ 的发 光光谱为一宽带谱, 见图 1。Κm ax 为 520 nm , 半宽 带为 80 nm。参考表 1, 所发的光应以绿光为主的 黄绿色光。
图 2 Sr (A lB ) 2O 4: Eu2+ 的长余辉特性 (1～ 100 m in)
可以释放该波长光的能量跃回 4f 轨道。 所以说 S r (A lB ) 2O 4: Eu2+ 发光材料是典型的 Eu2+ 的 5d2 4f 跃迁所引起的发光。
除了光照之外, 热能也能引起电子跃迁, 也就 是说在某一温度条件下也能引发热释发光。
T ——时间 (m in)
312 发光光谱与热释发光光谱 各种有色光波的波长的大致范围如表 1 所
m in
m cd m 2
1
2300
5
600
15
210
30
50
50
45
70
20
100
10
图 4 发光涂料的长余辉特性
从测试的数据可以明显地看出, 在 1 m in 时, 即起始亮度可达 2300 m cd m 2, 而 5 m in 后达 600 m cd m 2。
所以说, 发光粉料在制作发光涂料的过程中, 通过某些工艺方法, 可以提高其发光亮度和改善 长余辉特性。
目前发展的是以 Eu2+ (销) 激活的铝酸盐等 这一类发光材料, 其性能稳定, 抗老化性能好, 并 已得到广泛应用。
S r (A lB ) 2O 4: Eu2+ 的 制 备, 首 先 是 合 成 SrA l2O 4。其主要原料是用化学纯的氧化锶和化学 纯的氧化铝。 按规定量称量, 并加入 B 2O 3 为助熔 剂, 在还氧中, 1200～ 1400 ℃烧制 2～ 4 h, 即转变 为 Sr (A l. B ) 2O 4, 其反应过程如下:
自干型热塑性丙烯酸树脂, 具有色泽浅、干燥快、
附着力佳、稳定性好, 漆膜坚韧等特点, 适宜制作
标记漆等。
412 发光涂料的制备
(1) 发光涂料采用如下工艺过程, 即:
原料处理 树脂处理
配 料 混 合 样品制备 样品性能测试
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仍能明显看清发光样品的标记。 (2) 发光涂料使用方便, 便于施工, 则使是外
形复杂的物品, 也可以施工。 施工时, 可以采用直 接涂刷或喷涂都可以。 本次研制的发光涂料与各 种材质结合性能良好, 其最大特点是发光亮度高, 性能稳定, 不含任何放射元素和有害物质, 无“三 废”污染。 经白天吸光蓄能后, 夜暗可持续发光在 6 h 以上, 经外环线西北段、常洪隧道等重点工程 使用后, 效果良好, 今后可广泛用于隧道、矿井、坑 道等地下建筑, 也可用于城市交通标志、道路、桥 梁各类标志和建筑物的美术装璜等。
反映涂料发光性能的标记, 它反映发光涂料的发 光亮度和余辉时间的长短。 此次发光强度和长余 辉测试是由上海市计量测试技术研究院光学室进 行的, 测试仪器是标准亮度计。
表 2 发光涂料发光强度
图 3 发光颗粒的吸收与释放示意图
如果是多颗粒集合体, 情况就变成两样了, 虽 然同样是吸收与释放过程, 但释放出某一波长的 光子又被周围颗粒吸收, 必然会产生连锁反应, 可 参阅图 3 之 b。 图中为了表示清楚故意把颗粒拉 开, 其实际情况, 颗粒与颗料之间是紧密靠近的, 可以看成颗粒的密堆积。 因此, 对于每一颗粒来 说, 吸收与释放是重复非常多次的, 而且是相互影 响的, 我们可以把这一作用称为“光的多颗粒效 应”。 如果我们简单计算一下, 假定发光粉的原始 颗粒的平均粒径以 30 Λm 计算, 如果把它聚合成 80 目 (孔径为 177 Λm ) 多颗粒的集合体, 按照 V = 1 6ΠD 3 计算, 那么这一集合体就包括近 200 颗 发光粉的原始颗粒的多颗粒集合体。由于“光的多 颗粒效应”, 必然会提高其发光亮度。
I= C t- n 式中: I——余辉亮度 (m cd m 2)
C ——亮度 (m cd m 2)
( 3) 树脂的各项指标要符合实际应用的需
要。 例如附着性, 耐磨性, 尤其是抗老化性能等。
这次我们实验用的树脂是选用上海生产的
BD 801235 丙烯酸树脂和 BD 801211 丙烯酸树脂。 这两种树脂是由丙烯酸脂类与苯乙烯共聚组成的
城市道桥与防洪 第 3 期 200 年 9 月
(2) 造粒技术的运用 原始颗粒的粒径在 10～ 65 Λm 的粉料, 其变 化规律是最明显, 随着原始颗粒的粒径增大, 则其 发光强度亦增大。 改变某一工艺, 也可以提高其发光强度。首先 考虑发光粉的原始颗粒在涂料中是孤立分布的, 当受到光的照射时, 离子吸收某一波长的光子, 即 从基态变为激发态, 经过某一极短的时间后又会 恢复变到基态, 即电子释放光子回到原来基态轨 道上, 可参阅图 3 之 a, 这一吸收与释放是孤立进 行的。
2 Sr (A lB) 2O 4: Eu2+ 发光材料的制备
其反应过程如下: ZnS+ O 2+ 2H 2O →ZnSO 4+ 2H 2↑ 2Cu+ O 2→2CuO 即硫化锌转变为硫酸锌, 而晶格中的铜转化
为氧化铜, 由于化学组成和晶体结构都发生变化, 因此, 逐渐失去发光性能。
目前发展是以 Eu2+ 体结构都发生变化, 因 此, 逐渐失去发光性能。
6 结论
通过以上工作, 我们可以得到以下结论。 (1) 我们这次试验成功的发光涂料性能大大 地优越于发光粉料, 也就是说, 把发光粉料制成发 光涂料, 通过种种工艺手段, 可以提高其发光亮度 和改善其长余辉性能。 把制成的样品白天放在明 亮的房间内, 可以不必放在日光直接照射的条件 下, 由于受光的作用, 吸光蓄能后, 在夜晚能继续 发光。在暗场的环境下能连续发光 6 h 以上, 肉眼
示。
表 1 各色有色光的波长范围
颜色
紫外光 紫 蓝 青 绿 黄绿 黄 橙 红
红外光
入 (nm )
< 400 400—430 430—480 480—500 500—530 530—570 570—590 590—630 630—800
> 800
平均值 (nm )
410 455 590 515 550 580 610 715
5 性能测试
511 涂料性能 干燥时间 m in 表干 5 实干 60 硬度 (铅笔擦伤) HB 柔韧性 1 耐腐性 750 g 500 r 0. 100 g 耐水性 5 d 无异常 耐碱性 (饱和氢氧化钠) 5 d 无异常 固体含量 % 53
512 发光涂料的发光强度、长余辉特征 发光涂料的发光强度和长余辉特征是最重要
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这一方面的工作还有很多, 尚有待进一步去 研究和探索, 取得更加理想的效果。
我们了解了 S r (A lB ) 2O 4: Eu2+ 发光材料的长 余辉特性, 其目的是如何提高发光涂料的长余辉 亮度。 例如改进工艺, 变更发光粉的颗径匹配等, 都可以做到增强余辉亮度。
4 发光涂料制备
411 树脂的选择 作为发光涂料, 选用的树脂, 必须具备以下条
件: ( 1) 树脂与发光粉的匹配性能要好, 即要求
311 发光机理 在 S r (A lB ) 2O 4: Eu2+ 晶格中, 稀土微粒 Eu2+
构顾发光中心, 其发光机理是由于电子在离子的 基态和激发态之间运动而造成的。在同一原子内, 不同类型的亚层之间存在着能级交错现象。例如:
E (6s) < E (4f) < E (5d) < E (6p ) 所以当白光照射晶体时, 晶体中具有一定能 量差的 4f 电子, 能够被某一波长的光所激发, 跃 迁到较高能级的 5 d 轨道上去, 而该波长光的能
从目前的发光材料来看, 早期的发光材料是 以硫化物为主, 可以 ZnS: Cu 为代表, 这是一类传 统的发光材料。这一类发光材料其主要缺点, 就是 抗老化性能差。我们知道, ZnS: Cu 在干燥的环境 下是稳定的, 如果在潮湿或存在水的环境下, 则慢 慢地转化为硫酸锌, 而掺杂在晶格中的铜离子也 会慢慢地转化为氧化铜。因此, 将 Zn s: Cu 发光材 料暴露在有光照的自然的环境下, 尤其是上海地 区比较潮湿, 大约半年之后, 发光材料表面发黑,
发光粉在树脂中能均匀地分散。
(2) 树脂的透明性要好, 杂质含量要低, 不带 其他色调, 只有透明的树脂才能充分显示发光效 果。
图 1 Sr (A lB ) 2O 4: Eu2+ 的发光光谱
313 长余辉特性 根据有关资料介绍, 测量样品的余 (A lB ) 2O 4: Eu2+ 样品 的发光衰减 1～ 100 m in 的余辉特性。其衰减过程 符合下列规律, 即:
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