蓄能發(fā)光材料在園林工程中的應(yīng)用探討

嚴過房，羅偉聰，汪曉麗，黃 勇，董運常

(廣州華苑園林股份有限公司，廣東 廣州 510600)

1 引言

當前國家對節(jié)能環(huán)保十分重視，大力支持低碳經(jīng)濟，園林景觀建設(shè)也需緊跟步伐，發(fā)展節(jié)能環(huán)保的低碳材料。而蓄能發(fā)光材料是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，它是利用白天或有光照時吸收光能，黑暗時發(fā)光的材料，每天都可重復的進行。該材料可用于園林夜色景觀建設(shè)，如發(fā)光路面、發(fā)光墻、發(fā)光標設(shè)、發(fā)光圖案的應(yīng)用裝飾景觀，為園林景觀添色增彩，是一種低能耗的材料。

2 蓄能發(fā)光材料種類特征

蓄能型自發(fā)光材料是一種以光的形式發(fā)射儲存的能量，所積蓄的能量慢慢發(fā)射持續(xù)一定的時間，并反復進行。而蓄能發(fā)光材料是用稀土元素混合而成的復合材料，稀土元素的發(fā)光材料是通過稀土元素的發(fā)光中心白天吸收太陽光能量或其它光源的光能，使發(fā)光中心的的電子由低能躍迂向高能態(tài)，當釋放能量時電子從高能態(tài)返回低能態(tài)時產(chǎn)生發(fā)光，主要以稀土元素為發(fā)光中心激活劑。這類復合材料發(fā)光中心可直接吸收激發(fā)能量，其濃度只需百分之幾，發(fā)光中心與基質(zhì)作用能量較低，從而使發(fā)光材料具有高的發(fā)光效率[1]。

2.1 硫化物蓄光發(fā)光材料系列

主要有黃綠色的ZnS:Cu系列、藍色的CaS：Bi系列、紅色的CaS;Eu系列，屬硫化物蓄光型發(fā)光材料，是重要的陰極射線和電致發(fā)光的材料。但其余輝初始亮度最高只有40mcd/m左右，在開始的幾分鐘里，余輝亮度急劇下降，有效余輝時較短。

2.2 鋁酸鹽蓄光發(fā)光材料系列

主要有藍色的CaAl2O4:Eu,Nb、藍綠色的Sr4A114O25:Eu,Dy、黃綠色的CaAl204:Eu, Dy, 具有長余輝發(fā)光性能，發(fā)光效率高，發(fā)光穩(wěn)定的特性，是第二代蓄光型發(fā)光材料。但耐水性較差，純度要求高，提取成本也比較高。

2.3 硅酸鹽蓄光發(fā)光材料系列

硅酸鹽發(fā)光材料具有耐水性好，紫外輻照性穩(wěn)定，發(fā)光色多樣，余輝亮度高時間長，主要有銪、鏑激活的焦硅酸鹽藍色材料。Sr2MgSi2O7:Eu,Dy、Ca2MgSi2O7:Eu,Dy硅酸鹽基質(zhì)長余輝材料中的主要激活劑為Eu2+，其發(fā)光顏色仍集中于藍綠光；MgSiO3:Mn,Eu,Dy在Mn, Eu,Dy三元素共摻雜的MgSiO3中觀察到了紅色長余輝現(xiàn)象。但發(fā)光性能與鋁酸鹽還有一定的差距。

2.4 有機發(fā)光材料

有機發(fā)光材料種類繁多，設(shè)計相對較靈活，色彩豐富，可以調(diào)性好，純度高。從不同的分子結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，可分為有機小分子發(fā)光材料、有機高分子發(fā)光材料、有機身配合物發(fā)光材料。有機小分發(fā)光材料種類比較多，大多帶有共軛雜環(huán)及各種生色團，通過烯鍵、苯環(huán)等不飽和基團與各生色團改變其共軛長度，使化合物光電性質(zhì)發(fā)生變化。

3 園林工程蓄能發(fā)光材料的制備

蓄能自發(fā)光材料基質(zhì)的選擇是通過激活、激活運動、發(fā)光3種狀態(tài)的需要確定。在基質(zhì)中摻入適量配比的蓄能中心、敏化中心等元素，使其達到發(fā)光效率更高。而以稀土元素為激活劑、敏化劑、摻雜劑的發(fā)光材料，具有激活離子壽命長，有長余輝過程，容易摻雜敏化，可制備不同余輝顏色特征的發(fā)光體，化學穩(wěn)定性能好，亮度高，制備工藝簡單，在蓄能發(fā)光材料中應(yīng)用較廣泛。

3.1 發(fā)光石制備

選取100目、150目、200目、250目的CaAl204:Eu2+Dy3+稀土長余輝或其它稀土元素長余輝的發(fā)光粉，加上硼酸鹽低容點的玻離粉為填充材料，以稀土發(fā)光粉為發(fā)光中心作為骨料，玻離粉為基體，按設(shè)計的配比混合均勻。按設(shè)定的溫度和時間進行燒制，燒制完成后進行破碎，獲得發(fā)光石。稀土長余輝發(fā)光材料采用高溫燒制，應(yīng)對發(fā)光材料、基體材料、成型溫度、發(fā)光粉摻量、燒制時間等多種影響因素進行研究[2]。通過試驗獲得結(jié)果分析(圖1)，目數(shù)越細發(fā)光時間越短，隨溫度增加發(fā)光時間變短，當增加到800～1000 ℃時直線急劇下降，最后消失，溫度越高對發(fā)光材料影響越大。從發(fā)光性能及發(fā)光石強度綜合考量最佳成型溫度是700～800 ℃ 燒制時間10～12 min.發(fā)光粉摻量20%～30%、發(fā)光粉粒粗100目為最佳。在夜光粉含量較高的體系中，夜光粉顆粒并不是都可以做為發(fā)光體，其中一部分顆?？赡軙恢車念w粒庶擋，不能有效的吸收光激發(fā)和發(fā)光[3]。發(fā)光粉的摻量應(yīng)用最適合最經(jīng)濟的配合比為佳，不是越多就吸光發(fā)光效果好，摻量多了反而發(fā)光效果不佳，或會導致發(fā)光材料的其它性能降低。

圖1 結(jié)果分析

3.2 混凝土發(fā)光磚的制備。

(1)以水泥混凝土作為底層，在其上面鋪一層發(fā)光層，打磨后再在上面涂上一層透明的保護層。發(fā)光層是無機與有機混合而成的復合發(fā)光材料組成，有發(fā)光粉、碳酸鈣、滑石粉、石英砂、無色透光不飽和樹脂、氧化鋁、固化劑及其它外加劑等材料組成，先將上述材料發(fā)光粉、碳酸鈣、滑石粉、石英砂、氧化鋁、樹脂按適宜的比例混合，制作成發(fā)光樹脂。入模時模具涂抹脫模劑，底層先鋪混凝土，成型后涂粘結(jié)層，面層鋪發(fā)光樹脂，發(fā)光樹脂按一定配比加入固化劑、促進劑等外加劑，快速攪拌30～60 s,入模壓密實，養(yǎng)護成型后，脫模打磨即成發(fā)光磚。以水泥為基體材料，利用稀土發(fā)光材料、反光材料制備出水泥基發(fā)光材料，具有良好的發(fā)光特性和力學性能[4]。

(2)利用高分子材料與稀土長余輝發(fā)光材料合成一種復合發(fā)光纖維材料，形成具有透光性能的發(fā)光纖維棒。發(fā)光纖維棒棒徑1～3 mm，將發(fā)光纖維棒插入細骨料自密性好的混凝土里，密度、圖案根據(jù)設(shè)計要求進行。用有機高分子原料(如PC原材料)與稀土發(fā)光材料混合，混合前先對稀土元素的發(fā)光材料進行包覆分散，加入PC原料中混合均勻，不宜用金屬器具拌合，進行共熔擠壓形成發(fā)光纖維棒。發(fā)光纖維依據(jù)發(fā)光磚厚度截取長度，長度要比發(fā)光磚設(shè)計厚度長2～3 cm，方便插入混凝土基體里，把攪拌好的混凝土入模，稍作振搗，垂直插入混凝土的模具里，要穿過整個混凝土磚的厚度，定型后進行養(yǎng)護14 d，或把纖維固定在模具通過混凝土澆筑振密實，完成后養(yǎng)護14 d，拆模打磨成型，此發(fā)光磚具有透光發(fā)光性能。透光率與光纖的間距呈一定關(guān)系，光纖間距越小透光率越高[5]。發(fā)光纖維的插入間距應(yīng)綜合考慮發(fā)光磚的力學性和透光發(fā)光效果，經(jīng)驗算獲得最佳光纖間距的發(fā)光效果和結(jié)構(gòu)力學性能。

其它蓄能發(fā)光材料如蓄能有機發(fā)光板、蓄能發(fā)光玻璃板、蓄能發(fā)光玻璃珠，蓄能發(fā)光涂料等。

4 蓄能發(fā)光材料在園林工程的應(yīng)用

4.1 道路導向與警示標志

夜間道路導向發(fā)光指示標志，在道路的面層用蓄能發(fā)光石或發(fā)光磚進行鋪設(shè)指示箭線，用發(fā)光板制作道路指示牌；河道湖岸沿邊護欄用蓄能發(fā)光涂料涂刷，夜晚形成發(fā)光護欄。道路邊沿或路沿石用發(fā)光磚鋪設(shè)，在夜晚發(fā)光對交通行走安全起到提示作用，還可添加園林景觀道路夜晚的線型景觀美。

4.2 發(fā)光景觀道路

就是利用水泥或樹脂等作為膠結(jié)物，對路面進行鋪設(shè)基層處理，進行圖案分格條安裝固定，發(fā)光石混合料攪拌合料，鋪筑發(fā)光石混合料，壓實對發(fā)光石路面打磨露骨；發(fā)光層應(yīng)具有耐磨、防滑等性能，通過各種顏色的搭配，可以裝飾出各種形狀和設(shè)計圖案，工藝上講求顆粒清晰、圓潤、緊密、分部均勻，圖案線條清晰、流暢，表面平整、無積水，色澤一致。道路鋪貼發(fā)光磚作飾面，鋪法與石材鋪裝藝一樣，講求完成面整潔、無污染，縫隙均勻，銜接順暢。晚上路面發(fā)不同的光色，各式圖案標志發(fā)光，給人一種流光溢彩的感覺，是一道亮麗的夜色景觀風景。

4.3 發(fā)光景觀墻

用發(fā)光磚或發(fā)光涂料等其它發(fā)光材料在景觀墻鋪裝，可設(shè)計不同的裝飾圖案，通過白天吸收光能，暗時圖案發(fā)出不同的光色，可成為一種會發(fā)光的景觀墻。

4.4 發(fā)光景觀小品

各種園林景觀小品表面通過噴涂發(fā)光涂料、鑲嵌發(fā)光石、發(fā)光玻璃珠來裝飾點綴小品，使園林小品晚上有不一樣的展示。

5 結(jié)語

蓄能發(fā)光材料是一種環(huán)保、節(jié)能、亮化的建設(shè)材料，可以用于廣場、景觀裝飾，道路亮化或道向，在園林景觀建設(shè)中的應(yīng)用可以產(chǎn)生不一樣的景色，是一種新型環(huán)保的園林建設(shè)材料。在應(yīng)用中還存在一些不足的地方，如陰天無法吸收光能或吸收光能偏少，晚上發(fā)光亮度達不到景觀設(shè)計的亮度要求，基體材料的透光性還需加強。隨著科技研究的發(fā)展，蓄能發(fā)光材料是園林節(jié)能環(huán)保的新型材料，勢必在園林景觀建設(shè)中廣泛應(yīng)用，既豐富園林建設(shè)材料，又可增添園林景觀，將在園林生態(tài)節(jié)能環(huán)保的建設(shè)發(fā)揮更大作用。