長(zhǎng)余輝材料在建筑材料中的應(yīng)用

林路 李振 吳宇煊（長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院）

0 前言

長(zhǎng)余輝材料是一種光致發(fā)光材料。在受到激發(fā)源的照射后，它可將能量吸收存儲(chǔ)在材料內(nèi)，停止照射后，存儲(chǔ)的能量再以光的形式釋放，且這一發(fā)光釋能的過(guò)程是緩慢的、持續(xù)的。長(zhǎng)余輝材料的主要類型有：硫化物、硫氧化物、堿土鋁酸鹽、堿土硅酸鹽、鈦酸鹽和鎵酸鹽等[1]。從光致發(fā)光效率、發(fā)光時(shí)長(zhǎng)、穩(wěn)定性和耐久性比較，上述幾種類型中堿土鋁酸鹽類的長(zhǎng)余輝材料性能較好，又根據(jù)堿土金屬元素和摻雜稀土離子的不同，以稀土Eu2+激活的鋁酸鹽長(zhǎng)余輝材料性能最具優(yōu)勢(shì)。稀土激發(fā)堿土金素鋁酸鹽的發(fā)光機(jī)理目前主要有空穴轉(zhuǎn)移、電子陷阱和位形坐標(biāo)三種理論模型。合成稀土鋁酸鹽發(fā)光材料的主要方法有：高溫固相法、溶膠-凝膠法、燃燒法、微波法、水熱合成法、化學(xué)沉淀法等多種方法[2]。

1 長(zhǎng)余輝材料在混凝土中的應(yīng)用

1.1 聚合物混凝土

支帆[3]等采用長(zhǎng)余輝材料（SrAl2O4:Eu2+,Dy3+）、環(huán)氧樹(shù)脂和廢舊玻璃作為骨料制備了自發(fā)光聚合物混凝土，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明長(zhǎng)余輝材料摻量對(duì)聚合物混凝土強(qiáng)度影響顯著。隨著長(zhǎng)余輝材料的摻量增加，抗折強(qiáng)度提高，抗壓強(qiáng)度降低。研究還表明廢舊玻璃作為自發(fā)光混凝土骨料，其骨料中較大粒徑占比越多，其性能越優(yōu)。代函函和李地紅等[4]研究了自發(fā)光樹(shù)脂基透水混凝土的性能。其主要原材料為：長(zhǎng)余輝材料、環(huán)氧樹(shù)脂和碎石骨料。研究表明自發(fā)光樹(shù)脂基透水混凝土在滿足透水性能要求的前提下，可實(shí)現(xiàn)自發(fā)光，余輝時(shí)間在3～6h之間。許靜賢[5]等也研究了自發(fā)光聚合物透水混凝土。研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)余輝材料細(xì)度對(duì)余輝時(shí)間的影響較大，制備自發(fā)光聚合物透水混凝土宜采用粒徑較大的長(zhǎng)余輝材料，長(zhǎng)余輝材料摻量的提高，降低了透水混凝土的強(qiáng)度。研究還表明，玻璃微珠的摻入在一定范圍內(nèi)可提高自發(fā)光聚合物透水混凝土的亮度。

1.2 水泥混凝土

楊佳龍[6]研究了發(fā)光混凝土的性能。該發(fā)光混凝土以普通混凝土為基材，將摻入了長(zhǎng)余輝材料的砂漿作為面層材料。以此發(fā)光混凝土制備的應(yīng)急指示標(biāo)志余輝時(shí)間達(dá)到了6h 以上；通過(guò)成本計(jì)算與比較，得知發(fā)光混凝土作為應(yīng)急指示標(biāo)志在無(wú)電源的情況下可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期發(fā)光，造價(jià)及使用成本均較低，價(jià)格相對(duì)低廉。高應(yīng)力等人以水泥基膠凝材料為主體，制備得到了可以白天吸收自夜間自發(fā)光的新型超疏水改性自發(fā)光水泥基功能材料，余輝時(shí)間可達(dá)到9h 這種材料還可以排水除塵。研究還發(fā)現(xiàn)超疏水表面材料對(duì)材料的發(fā)光性能影響較小。陳景等[7-8]利用發(fā)光骨料制備了透水混凝土，研究發(fā)現(xiàn)使用石質(zhì)發(fā)光碎石作為骨料，采用“水泥－超細(xì)粉煤灰”膠材體系，可制備出工作性、透水性、力學(xué)性能及表觀效果良好的C20發(fā)光露骨透水混凝土。

2 長(zhǎng)余輝材料涂料中的應(yīng)用

唐念和周勇言等[9]以氟碳-聚氨酯為成膜物質(zhì)，與長(zhǎng)余輝發(fā)光顏料(SrAl2O4:Eu2+,Dy3+)及助劑共混制成了一種蓄能發(fā)光涂料。并研究了長(zhǎng)余輝材料、鈦白粉用量等參數(shù)對(duì)發(fā)光性能的影響。結(jié)果表明，余輝時(shí)間達(dá)8h，且能夠滿足電力設(shè)備涂料應(yīng)用中對(duì)耐候性、耐熱性、耐水性等的要求。胡建偉[10]等以丙烯酸改性聚氨酯樹(shù)脂為成膜載體，稀土鋁酸鹽長(zhǎng)余輝材料為自發(fā)光材料，制備了一種裝飾用自發(fā)光涂料。該發(fā)光材料主要原材料為丙烯酸改性聚氨酯樹(shù)脂、長(zhǎng)余輝材料、二氧化鈦和玻璃微粉等。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該涂料的余輝時(shí)間、附著力和硬度等多種性能優(yōu)異。長(zhǎng)余輝自發(fā)光涂料在道路工程應(yīng)用較多。趙聚成等[11]研究總結(jié)長(zhǎng)余輝材料在路面領(lǐng)域的應(yīng)用結(jié)果表明：長(zhǎng)余輝涂料在路面材料中可降低交通事故發(fā)生的概率，減少能耗，還可以形成道路景觀。長(zhǎng)余輝材料在自發(fā)光路面材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，徐建暉等將長(zhǎng)余輝材料和高分子材料配合一定量的助劑，制備得到了可用于路面警示標(biāo)識(shí)的長(zhǎng)余輝自發(fā)光涂料。這種涂料的余輝時(shí)間可達(dá)6h，該涂料已經(jīng)應(yīng)用于城市行步道系統(tǒng)裝飾，濕地公園、山區(qū)公路等特殊路面的警示。唐祖光等[12]用聚乙烯醇為基料，長(zhǎng)余輝材料填料，制備得到了水溶性自發(fā)光涂料。該涂料具有余輝時(shí)間長(zhǎng)和發(fā)光亮度高等一系列的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的美化裝飾作用。

3 長(zhǎng)余輝材料在玻璃中的應(yīng)用

彭慶朋等[13]開(kāi)發(fā)了具有長(zhǎng)余輝性能的鈣鈦礦微晶玻璃，通過(guò)摻雜鑭元素可調(diào)控其長(zhǎng)余輝性能。唐海濤[14]制備得到了一種長(zhǎng)余輝微晶玻璃，該微晶玻璃可實(shí)現(xiàn)X 射線激發(fā)的長(zhǎng)余輝發(fā)光性能。周瓊[15]采用兩步法制備得到了具有長(zhǎng)余輝特性的微晶玻璃，該微晶玻璃玻璃可吸收近紫外光，發(fā)出較強(qiáng)的藍(lán)綠光。夏威等[16]介紹了長(zhǎng)余輝發(fā)光玻璃，長(zhǎng)余輝發(fā)光玻璃可以分為微晶發(fā)光玻璃、低熔點(diǎn)發(fā)光玻璃、高溫合成發(fā)光玻璃和熱熔發(fā)光玻璃。這幾種玻璃是采用玻璃原材料和長(zhǎng)余輝材料在不同工藝下制備得到的具有自發(fā)光特性的玻璃制品。

4 長(zhǎng)余輝材料在人造石材中的應(yīng)用

范志強(qiáng)[17]研究了石材加工廢料制備自發(fā)光人造石材的工藝與方法。主要原材料為不飽和聚酯樹(shù)脂、石材加工廢料和長(zhǎng)余輝材料，當(dāng)長(zhǎng)余輝材料摻量超過(guò)20%時(shí)，繼續(xù)增大其摻量余輝時(shí)間和光強(qiáng)均不再明顯提高?！妒摹穂18]報(bào)道了利用砂巖廢料和長(zhǎng)余輝材料制備的發(fā)光石材?！吨袊?guó)建材報(bào)》[19]報(bào)道了一種新型發(fā)光石材，在自然光照射5～10min 后，可自發(fā)光12h 以上。苑金生[20-21]研究了以石英砂、不飽和聚酯樹(shù)脂及長(zhǎng)余輝材料等原材料制備的蓄光型自發(fā)光石材。這種石材可用于室內(nèi)外裝飾裝修工程。

5 結(jié)論與展望

在“雙碳”背景下，利用長(zhǎng)余輝材料的光之發(fā)光特性，將其應(yīng)用于建筑材料中，有利于降低建筑全生命周期碳排放，對(duì)建筑領(lǐng)域的碳減排具有重要意義。文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果表明長(zhǎng)余輝材料在混凝土、涂料、玻璃和人造石材中的應(yīng)用研究較多，研究?jī)?nèi)容主要集中在長(zhǎng)余輝材料對(duì)本體材料力學(xué)性能影響以及材料的余輝時(shí)間和光強(qiáng)等性能。長(zhǎng)余輝建筑材料仍需加強(qiáng)耐久性研究。