長(zhǎng)余輝材料在公路中的應(yīng)用

李廣權(quán)

(貴州路橋集團(tuán)有限公司)

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長(zhǎng)余輝材料在公路中的應(yīng)用

李廣權(quán)

(貴州路橋集團(tuán)有限公司)

簡(jiǎn)要的對(duì)長(zhǎng)余輝材料的類型、發(fā)光原理及制備方法進(jìn)行說(shuō)明，綜述了長(zhǎng)余輝材料在公路行業(yè)中的最新應(yīng)用研究。

長(zhǎng)余輝材料；發(fā)光機(jī)理；應(yīng)用

1 長(zhǎng)余輝材料的基本類型

長(zhǎng)余輝材料有兩個(gè)重要的分支，即硫化鋅系發(fā)光材料和稀土激活堿土金屬鋁酸鹽發(fā)光材料。

1.1 硫化鋅系發(fā)光材料

硫化鋅發(fā)光材料從20世紀(jì)初就開(kāi)始應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。該類型材料的代表是銅和鈷激活的硫化鋅。鈷和硫化鋅均為長(zhǎng)余輝材料，在外部激發(fā)源(紫外線、可見(jiàn)光、X射線等)停止后，仍能在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)發(fā)出熒光余輝(幾秒到十幾個(gè)小時(shí))。以硫化鋅為基礎(chǔ)的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料如果受到紫外線的長(zhǎng)期照射會(huì)變黑。在硫化鋅銅長(zhǎng)余輝發(fā)光材料中摻入一定量的鈷雖然會(huì)增長(zhǎng)余輝時(shí)間，但是卻會(huì)使得材料在紅外線的照射下，極大程度上減弱余輝程度。

硫化鋅系發(fā)光材料作為第一代長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，雖然發(fā)揮了一定的作用，但是該類型材料余輝時(shí)間較短、亮度也有待提高，正逐漸被市場(chǎng)所淘汰。

1.2 稀土激活堿金屬鋁酸鹽發(fā)光材料

稀土激活堿金屬鋁酸鹽發(fā)光材料是指以稀土為激活元素，以堿金屬鋁酸鹽為集體的發(fā)光材料。其中Eu和Dy共激活的鋁酸鍶SrO·nAl2O3；Eu，Dy是典型代表，是從20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來(lái)的一類新型發(fā)光材料。這種材料的特點(diǎn)是起始亮度高，余輝時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)放射性，耐熱，耐環(huán)境侵蝕，抗氧化性能好，所以被廣泛應(yīng)用在建筑、消防安全等各個(gè)領(lǐng)域。

目前這種材料是研究應(yīng)用的主流產(chǎn)品，而且考慮到我國(guó)是稀土資源大國(guó)，稀土資源占全球稀土資源的80%，相應(yīng)這種材料仍有很大的發(fā)展空間。

2 長(zhǎng)余輝材料的發(fā)光機(jī)理及制備方法

2.1 發(fā)光機(jī)理

從20世紀(jì)末開(kāi)始，人們一直致力于研究長(zhǎng)余輝材料的發(fā)光機(jī)理，但是制約長(zhǎng)余輝材料余輝性能的控制因素卻仍不清楚。普遍的共識(shí)是，長(zhǎng)余輝材料因?yàn)樽陨砭哂羞m當(dāng)深度的陷阱能態(tài)能夠儲(chǔ)存能量，當(dāng)光激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的自由電子會(huì)落入到陷阱中并儲(chǔ)存起來(lái)，停止激發(fā)后，熱擾動(dòng)釋放出被俘的陷阱電子，然后與發(fā)光中心復(fù)合產(chǎn)生余輝光。當(dāng)陷阱逐漸變空，這也就是對(duì)應(yīng)著余輝逐漸變?nèi)醯倪^(guò)程。需要強(qiáng)調(diào)的是，材料除了會(huì)在自身制備過(guò)程中自然形成結(jié)構(gòu)缺陷外，還可以通過(guò)外界摻雜來(lái)獲得。而稀土離子就是一種很好的摻雜材料，它即是光源，又是陷阱，摻雜稀土離子的長(zhǎng)余輝材料的性能較一般材料更高效。

除此之外，許多研究人員還提出了不同的理論模型來(lái)研究其發(fā)光機(jī)理，如空穴轉(zhuǎn)移模型、位型坐標(biāo)模型、雙光子吸收模型、余輝能力傳遞模型等。但是這些理論都存在一定的局限性，不能完全解釋長(zhǎng)余輝材料的發(fā)光機(jī)理，而且很多理論都停在假設(shè)階段，需要進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2 制備方法

因?yàn)殚L(zhǎng)余輝發(fā)光材料包含不同類型，不同類型的材料需要采用不同的制備方法。目前長(zhǎng)余輝材料主要的制備方法有高溫固相反應(yīng)法、燃燒法、水熱合成法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、微波法等。沒(méi)有哪張方法是絕對(duì)好或者絕對(duì)差的，各種制備工藝方法都各有所長(zhǎng)，其制備出來(lái)材料的性能也各有優(yōu)勢(shì)。所以現(xiàn)在目前在制備方法方面的主要研究是將各個(gè)制備方法進(jìn)行優(yōu)化組合，尋找出既能滿足性能要求又滿足其他經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等要求的高效制備方法。

3 長(zhǎng)余輝材料在公路工程中的應(yīng)用

長(zhǎng)余輝材料很早就開(kāi)始應(yīng)用在發(fā)光標(biāo)志的制作上，這種標(biāo)志普遍作用為應(yīng)急救生指示標(biāo)志。采用該材料制作的發(fā)光標(biāo)志能夠在火災(zāi)引發(fā)的濃煙環(huán)境中對(duì)人群進(jìn)行有效指示疏散，在911事故中，這種發(fā)光標(biāo)志起到了很大的作用。隨后這種材料逐漸開(kāi)始應(yīng)用到公路上的標(biāo)志制作中。如浙江金華交通局研究的課題《農(nóng)村公路、隧道反光自發(fā)光復(fù)合交通安全標(biāo)志研究》研發(fā)出了適合公路交通環(huán)境條件下具有夜光指示警示功能的8種公路夜光標(biāo)志牌，并在金華進(jìn)行了大面積推廣，取得了良好的使用效果。

除了在交通標(biāo)志方面的應(yīng)用，長(zhǎng)余輝材料也開(kāi)始應(yīng)用到路面標(biāo)線的制作當(dāng)中。在許多山區(qū)、農(nóng)村公路等光源較少的地方，采用該種材料制作的路面標(biāo)線在白天吸收光照3～5 min后能夠在夜間持續(xù)發(fā)光約12 h，能夠?yàn)樾腥撕头菣C(jī)動(dòng)車(chē)等提供良好的視線范圍，提供安全保障。北京澤陽(yáng)通泰交通科技有限公司和北京路橋瑞通養(yǎng)護(hù)中心分別研發(fā)了路面自發(fā)光標(biāo)線材料，并且在密云和卸河都修建了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)路。實(shí)驗(yàn)路段取得了不錯(cuò)的效果，經(jīng)過(guò)數(shù)年后仍然具有良好的使用效果。除了滿足相關(guān)道路標(biāo)線的規(guī)范要求，這種長(zhǎng)余輝材料制作的路面自發(fā)光表現(xiàn)材料還比普通標(biāo)線涂料具有更好的耐磨性，平均要高出1～1.5倍，而且與現(xiàn)有道路標(biāo)線施工器械能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，無(wú)需采購(gòu)新儀器。

長(zhǎng)余輝材料在隧道中的應(yīng)用則是另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。貴陽(yáng)高速公路集團(tuán)有限公司成立的課題《山區(qū)高速公路隧道運(yùn)行光環(huán)境及應(yīng)對(duì)技術(shù)研究》成功將蓄能發(fā)光涂料技術(shù)、智能無(wú)級(jí)調(diào)光控制技術(shù)和變色溫?zé)艏夹g(shù)逐步廣泛應(yīng)用到高速公路隧道中。這種隧道壁蓄能發(fā)光涂料能夠在高速公路隧道發(fā)生火災(zāi)等緊急情況下，具有穿透煙霧的特殊作用，為應(yīng)急逃生提供照明。從實(shí)際效果來(lái)看，能夠極大的提升隧道事故中的救援效率。除了救援方面的好處，這種蓄能發(fā)光涂料技術(shù)通過(guò)與LED燈組合布設(shè)在隧道中能夠節(jié)約照明用電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。除了這種蓄能發(fā)光涂料，市面上還有許多其他功能型的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料可供選擇，如武漢廣益交通科技有限公司生產(chǎn)的引路牌蓄能發(fā)光涂料和重慶萬(wàn)耀防火材料有限公司生產(chǎn)的隧道防火蓄能涂料都已通過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，長(zhǎng)余輝材料因其材料自身的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸開(kāi)始在公路行業(yè)得到應(yīng)用。但是仍然處于較為初級(jí)的階段，雖然優(yōu)勢(shì)突出，但是其缺陷也是十分明顯的，如造價(jià)過(guò)高，存在地區(qū)適用性等問(wèn)題。另一方面，我國(guó)作為稀土資源大國(guó)，全球80%稀土資源儲(chǔ)存在我國(guó)，同時(shí)，市場(chǎng)需求的進(jìn)一步擴(kuò)大，這些都將促使長(zhǎng)余輝材料的不斷發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)，長(zhǎng)余輝材料在公路行業(yè)的發(fā)展將會(huì)迎來(lái)巨大的發(fā)展。

[1] 王倩. 發(fā)光混凝土的制備及性能研究[D].沈陽(yáng): 沈陽(yáng)建筑大學(xué), 2013.

[2] 陳偉. 新型硅酸鹽長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的制備與性能研究[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2004.

[3] 李松坤,王小平,王麗軍,等. 長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2014, 卷(5): 63-67，84.

2015-04-11

李廣權(quán)(1988-)，男，助理工程師，研究方向：橋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)及材料應(yīng)用。

U414

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1008-3383(2015)11-0007-01