長余輝材料在建筑材料中的應用

林路 李振 吳宇煊（長江大學城市建設學院）

0 前言

長余輝材料是一種光致發光材料。在受到激發源的照射后，它可將能量吸收存儲在材料內，停止照射后，存儲的能量再以光的形式釋放，且這一發光釋能的過程是緩慢的、持續的。長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]。從光致發光效率、發光時長、穩定性和耐久性比較，上述幾種類型中堿土鋁酸鹽類的長余輝材料性能較好，又根據堿土金屬元素和摻雜稀土離子的不同，以稀土Eu2+激活的鋁酸鹽長余輝材料性能最具優勢。稀土激發堿土金素鋁酸鹽的發光機理目前主要有空穴轉移、電子陷阱和位形坐標三種理論模型。合成稀土鋁酸鹽發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、化學沉淀法等多種方法[2]。

1 長余輝材料在混凝土中的應用

1.1 聚合物混凝土

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

1.2 水泥混凝土

楊佳龍[6]研究了發光混凝土的性能。該發光混凝土以普通混凝土為基材，將摻入了長余輝材料的砂漿作為面層材料。以此發光混凝土制備的應急指示標志余輝時間達到了6h 以上；通過成本計算與比較，得知發光混凝土作為應急指示標志在無電源的情況下可實現長期發光，造價及使用成本均較低，價格相對低廉。高應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光的新型超疏水改性自發光水泥基功能材料，余輝時間可達到9h 這種材料還可以排水除塵。研究還發現超疏水表面材料對材料的發光性能影響較小。陳景等[7-8]利用發光骨料制備了透水混凝土，研究發現使用石質發光碎石作為骨料，采用“水泥－超細粉煤灰”膠材體系，可制備出工作性、透水性、力學性能及表觀效果良好的C20發光露骨透水混凝土。

2 長余輝材料涂料中的應用

唐念和周勇言等[9]以氟碳-聚氨酯為成膜物質，與長余輝發光顏料(SrAl2O4:Eu2+,Dy3+)及助劑共混制成了一種蓄能發光涂料。并研究了長余輝材料、鈦白粉用量等參數對發光性能的影響。結果表明，余輝時間達8h，且能夠滿足電力設備涂料應用中對耐候性、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脂為成膜載體，稀土鋁酸鹽長余輝材料為自發光材料，制備了一種裝飾用自發光涂料。該發光材料主要原材料為丙烯酸改性聚氨酯樹脂、長余輝材料、二氧化鈦和玻璃微粉等。通過試驗發現該涂料的余輝時間、附著力和硬度等多種性能優異。長余輝自發光涂料在道路工程應用較多。趙聚成等[11]研究總結長余輝材料在路面領域的應用結果表明：長余輝涂料在路面材料中可降低交通事故發生的概率，減少能耗，還可以形成道路景觀。長余輝材料在自發光路面材料領域具有廣泛的應用前景，徐建暉等將長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識的長余輝自發光涂料。這種涂料的余輝時間可達6h，該涂料已經應用于城市行步道系統裝飾，濕地公園、山區公路等特殊路面的警示。唐祖光等[12]用聚乙烯醇為基料，長余輝材料填料，制備得到了水溶性自發光涂料。該涂料具有余輝時間長和發光亮度高等一系列的優點，具有很好的美化裝飾作用。

3 長余輝材料在玻璃中的應用

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

4 長余輝材料在人造石材中的應用

范志強[17]研究了石材加工廢料制備自發光人造石材的工藝與方法。主要原材料為不飽和聚酯樹脂、石材加工廢料和長余輝材料，當長余輝材料摻量超過20%時，繼續增大其摻量余輝時間和光強均不再明顯提高。《石材》[18]報道了利用砂巖廢料和長余輝材料制備的發光石材。《中國建材報》[19]報道了一種新型發光石材，在自然光照射5～10min 后，可自發光12h 以上。苑金生[20-21]研究了以石英砂、不飽和聚酯樹脂及長余輝材料等原材料制備的蓄光型自發光石材。這種石材可用于室內外裝飾裝修工程。

5 結論與展望

在“雙碳”背景下，利用長余輝材料的光之發光特性，將其應用于建筑材料中，有利于降低建筑全生命周期碳排放，對建筑領域的碳減排具有重要意義。文獻調研結果表明長余輝材料在混凝土、涂料、玻璃和人造石材中的應用研究較多，研究內容主要集中在長余輝材料對本體材料力學性能影響以及材料的余輝時間和光強等性能。長余輝建筑材料仍需加強耐久性研究。