稀土夜光粉的光色特性及其在服飾圖案中的應用

張技術，張英姿，張馨尹

(常熟理工學院 藝術與紡織服裝工程學院，江蘇 常熟 215500)

人類生存環境的日益惡化和自然界能源的日益匱乏喚起了人們綠色消費、綠色設計等環保意識，功能性環保新材料在藝術設計中的應用已成為設計師和消費者共同關注的課題[1]。

稀土夜光材料是一種無放射性、對環境和人體無害的蓄能型環保材料，只要吸收可見光10 min，便能在黑暗狀態下持續發光10 h以上(不低于3 mcd/m2)。該材料具有激發時間短、余輝時間長、發光色彩豐富、發光亮度高、可循環利用等優點[2]，蘊藏著很高的藝術設計價值，已經在裝飾工藝品、紡織服裝、毛絨玩具及產業用紡織品等領域有了不同程度的應用[3-5]。葛明橋等[6]將稀土鋁酸鍶夜光材料于高分子材料結合制成了稀土夜光纖維，并對該纖維的性能進行了深入研究。閆彥紅等[7]開發了稀土夜光纖維機織物、針織物、繡品及家紡用品的開發與應用。陳莉等[8]使用夜光纖維開發割圈絨面料，為夜光毛絨玩具的開發提供了材料支持。稀土夜光材料相關產品的開發與應用尚處于起步階段，更加廣泛的應用有待于進一步探索。

本文在研究稀土夜光材料光色特性的基礎上，將稀土夜光粉應用到服飾圖案設計中，以期通過稀土夜光材料豐富的夜光特性來豐富服飾圖案設計的藝術性。為此，選取自制的3種不同光色的稀土夜光粉(分別發黃綠光、藍光、紅光)，并將其按一定比例混合，觀察其光色特征，研究透明色漿對其光色特性的影響，并結合服飾圖案設計分析稀土夜光粉在圖案設計中的應用效果。

1 實驗部分

1.1 樣品制備

選用自制的SrAl204:Eu2+,Dy3+(SAOED,發黃綠色光)、Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+(SMAOED,發藍色光)、Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+(YOSEMT,發紅色光)為稀土夜光材料，按照特定的比例混合(質量比)，形成夜光粉混合體；再分別將不同的稀土夜光粉及其混合體添加至涂層漿料中，形成圖案設計用夜光色漿；選用滌綸磨毛織物作基布，根據圖案的需求刮涂合適的漿料，自然晾干，制得夜光圖案織物。

1.2 性能測試與分析

采用美國Photo Research公司的PR-650光譜掃描色度計測試稀土夜光材料在無光照時的光色性能，測試光譜范圍380～780 nm。

采用杭州浙大三色儀器有限公司生產的 PR-305 長余輝熒光粉測試儀測定相同激發光強下余輝亮度隨時間變化的曲線，激發照度1 000 lx，激發光停止2 s后開始測量。

2 結果與討論

2.1 稀土夜光粉的光色特征

稀土夜光材料與其他無機顏料的不同之處在于其能在夜間發出豐富多彩的夜光。了解各種夜光材料的夜間發光效果是開展藝術設計應用的前提和基礎。為此，本文觀察并分析了稀土夜光材料的光色特征，表1為稀土夜光粉及其混合體的光色特性，圖1為各樣品色度坐標對應的色度圖(CIE 1931)。

從表1和圖1可以看出:3種稀土夜光粉的主發射波長分別為位于525 nm(綠光范疇)、514 nm(藍光范疇)、619 nm(紅光范疇)，與三原色光(紅光、綠光、藍光)的波長較接近。就色純度指標而言，YOSEMT樣品的色純度最高，為0.985 1。但黃綠光和藍光的色純度偏低，僅為0.662 5，0.546 8。這是由于稀土長余輝夜光粉的發光光譜通常是一個寬帶譜(f-d躍遷)，而非尖銳線譜(f-f躍遷)[9]。以SrAl204:Eu2+,Dy3+為例，其發光譜帶包含了以綠光為主的黃光帶、藍光帶和綠光帶的寬帶譜[10]，其發光光色為復合色，因此色純度相對較低。

表1 稀土發光粉及其混合體的光色性能

注：混合體比例為不同夜光材料的質量比。

圖1 稀土夜光材料光色CIE 1931色度圖

還可以看出，發光材料混合體的主發射波長相對于混合單體而言，發生了顯著的變化。其發光波長均位于2種混合單體的波長區域之間，即相對于單一夜光粉體而言，發光混合體的主波長發生了有規律的藍移或紅移。這是由于稀土夜光粉本身就是光源，不同夜光粉均勻混合后，各自發出的色光產生了光色疊加效應。根據顏色混合理論[11]，色光的混合屬于加色混合，從理論上講，紅光+綠光=黃光，紅光+藍紫光=品紅光，藍紫光+綠光=青光，紅光+綠光+藍紫光=白光。這說明相對于波長較短的色光而言，混合光色波長會發生紅移；相對于波長較長的色光而言，混合光色波長會發生藍移。對比觀察的稀土夜光材料混合體發光效果，可以推斷稀土夜光材料光色混合變化基本符合加色混合規律。但稀土夜光材料色光混合效果并未達到三原色光的混合效果。其原因在于不同的稀土夜光材料具有不同的物質結構，各自發光強度和發光波長存在較大差異，其光色也非純粹的三原光色所致，但是這并不影響稀土夜光粉能夠發出豐富多彩的夜光效果，這為藝術創作提供了廣闊的顏色空間。

2.2 夜光色漿的夜光效果分析

稀土夜光粉是無機粉體材料，無法直接應用于服飾圖案設計中。為此，選取了特定的稀土發光材料(SAOED∶YOSEMT為1∶1)與印花漿料混合，制備了不同質量分數的稀土夜光色漿。圖2為不同夜光粉添加量的夜光色漿的發射光譜(圖中比例為稀土材料混合體∶印花色漿)。

從圖2可以看出，稀土印花色漿與稀土夜光粉具有相似的發射光譜波形和發光波長，說明透明涂層漿料沒有對稀土夜光材料的夜光色相造成影響。但發光強度有所降低，說明透明漿料對發光材料的發光強度具有一定的削弱作用。隨著夜光粉添加用量的增加，雖然測試樣品的發射光譜主波長并沒有隨之變化，但發光強度逐漸增強。這是由于發光材料添加量的增加，造成了發光中心數量增加，夜光漿料受到激發光激發后，發射光子數增加所致。因此，通過控制夜光粉添量和添加種類可以得到不同發光亮度和發光波長的夜光色漿。

為了進一步探明不同夜光粉添加量的色漿的夜間發光效果，對其余輝特性進行了測試。圖3為不同夜光粉添加量的夜光色漿的余輝亮度(圖中比例為稀土材料混合體∶印花色漿)。

圖3 不同夜光粉添加量的色漿余輝性能

從圖3可以看出，不同的夜光色漿具有不同的余輝初始亮度。稀土夜光材料添加量越高，測試樣品的余輝初始亮度越高，這是因為濃度高的夜光色漿發光中心多，發光亮度就相對較強。從圖3還可以看出，隨著時間的延長，各樣品的余輝衰減趨勢相同，一定時間后發光亮度趨于接近。

3 夜光服飾圖案設計效果分析

結合夜光色漿有光和無光時呈現的顏色特征，設計并填涂了2款簡潔的服飾圖案。圖案在有光和無光時的發光效果如圖4、5所示。

圖4 作品1的設計效果

圖5 作品2的設計效果

從圖4、5可以看出，有光時，2款服飾圖案呈現夜光色漿的原始顏色，連同圖案的輪廓勾線痕跡都清晰可見，色彩構成比較簡單。無光時，2款服飾圖案呈現夜光色漿的夜間自發光顏色，圖案的輪廓勾線痕跡被色漿發光色邊界替代，圖案的色彩構成變得更加豐富。由此可以看出，夜光圖案在有光時和無光時呈現出不同的圖案設計效果，而且無光時呈現的設計效果有時候更能表達設計主題。

4 結束語

稀土夜光材料具有豐富多彩的夜光特性，混合后，其光色變化更加豐富，為藝術創作提供了豐富的夜光材料資源。透明漿料未對夜光粉的發光顏色造成嚴重影響，這為其在藝術創作中的應用提供了條件保障。將其應用于服飾圖案設計中，在有光和無光條件下呈現出不同的設計效果，豐富了服飾圖案的設計途徑和方法。