长余辉材料在公路中的应用

李广权

(贵州路桥集团有限公司)



长余辉材料在公路中的应用

李广权

(贵州路桥集团有限公司)

简要的对长余辉材料的类型、发光原理及制备方法进行说明，综述了长余辉材料在公路行业中的最新应用研究。

长余辉材料；发光机理；应用

1 长余辉材料的基本类型

长余辉材料有两个重要的分支，即硫化锌系发光材料和稀土激活碱土金属铝酸盐发光材料。

1.1 硫化锌系发光材料

硫化锌发光材料从20世纪初就开始应用在各个领域。该类型材料的代表是铜和钴激活的硫化锌。钴和硫化锌均为长余辉材料，在外部激发源(紫外线、可见光、X射线等)停止后，仍能在相当长的时间内发出荧光余辉(几秒到十几个小时)。以硫化锌为基础的长余辉发光材料如果受到紫外线的长期照射会变黑。在硫化锌铜长余辉发光材料中掺入一定量的钴虽然会增长余辉时间，但是却会使得材料在红外线的照射下，极大程度上减弱余辉程度。

硫化锌系发光材料作为第一代长余辉发光材料，虽然发挥了一定的作用，但是该类型材料余辉时间较短、亮度也有待提高，正逐渐被市场所淘汰。

1.2 稀土激活碱金属铝酸盐发光材料

稀土激活碱金属铝酸盐发光材料是指以稀土为激活元素，以碱金属铝酸盐为集体的发光材料。其中Eu和Dy共激活的铝酸锶SrO·nAl2O3；Eu，Dy是典型代表，是从20世纪90年代初发展起来的一类新型发光材料。这种材料的特点是起始亮度高，余辉时间长，无放射性，耐热，耐环境侵蚀，抗氧化性能好，所以被广泛应用在建筑、消防安全等各个领域。

目前这种材料是研究应用的主流产品，而且考虑到我国是稀土资源大国，稀土资源占全球稀土资源的80%，相应这种材料仍有很大的发展空间。

2 长余辉材料的发光机理及制备方法

2.1 发光机理

从20世纪末开始，人们一直致力于研究长余辉材料的发光机理，但是制约长余辉材料余辉性能的控制因素却仍不清楚。普遍的共识是，长余辉材料因为自身具有适当深度的陷阱能态能够储存能量，当光激发时产生的自由电子会落入到陷阱中并储存起来，停止激发后，热扰动释放出被俘的陷阱电子，然后与发光中心复合产生余辉光。当陷阱逐渐变空，这也就是对应着余辉逐渐变弱的过程。需要强调的是，材料除了会在自身制备过程中自然形成结构缺陷外，还可以通过外界掺杂来获得。而稀土离子就是一种很好的掺杂材料，它即是光源，又是陷阱，掺杂稀土离子的长余辉材料的性能较一般材料更高效。

除此之外，许多研究人员还提出了不同的理论模型来研究其发光机理，如空穴转移模型、位型坐标模型、双光子吸收模型、余辉能力传递模型等。但是这些理论都存在一定的局限性，不能完全解释长余辉材料的发光机理，而且很多理论都停在假设阶段，需要进一步进行验证。

2.2 制备方法

因为长余辉发光材料包含不同类型，不同类型的材料需要采用不同的制备方法。目前长余辉材料主要的制备方法有高温固相反应法、燃烧法、水热合成法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、微波法等。没有哪张方法是绝对好或者绝对差的，各种制备工艺方法都各有所长，其制备出来材料的性能也各有优势。所以现在目前在制备方法方面的主要研究是将各个制备方法进行优化组合，寻找出既能满足性能要求又满足其他经济、环保等要求的高效制备方法。

3 长余辉材料在公路工程中的应用

长余辉材料很早就开始应用在发光标志的制作上，这种标志普遍作用为应急救生指示标志。采用该材料制作的发光标志能够在火灾引发的浓烟环境中对人群进行有效指示疏散，在911事故中，这种发光标志起到了很大的作用。随后这种材料逐渐开始应用到公路上的标志制作中。如浙江金华交通局研究的课题《农村公路、隧道反光自发光复合交通安全标志研究》研发出了适合公路交通环境条件下具有夜光指示警示功能的8种公路夜光标志牌，并在金华进行了大面积推广，取得了良好的使用效果。

除了在交通标志方面的应用，长余辉材料也开始应用到路面标线的制作当中。在许多山区、农村公路等光源较少的地方，采用该种材料制作的路面标线在白天吸收光照3～5 min后能够在夜间持续发光约12 h，能够为行人和非机动车等提供良好的视线范围，提供安全保障。北京泽阳通泰交通科技有限公司和北京路桥瑞通养护中心分别研发了路面自发光标线材料，并且在密云和卸河都修建了相关的实验路。实验路段取得了不错的效果，经过数年后仍然具有良好的使用效果。除了满足相关道路标线的规范要求，这种长余辉材料制作的路面自发光表现材料还比普通标线涂料具有更好的耐磨性，平均要高出1～1.5倍，而且与现有道路标线施工器械能够实现无缝对接，无需采购新仪器。

长余辉材料在隧道中的应用则是另一个发展趋势。贵阳高速公路集团有限公司成立的课题《山区高速公路隧道运行光环境及应对技术研究》成功将蓄能发光涂料技术、智能无级调光控制技术和变色温灯技术逐步广泛应用到高速公路隧道中。这种隧道壁蓄能发光涂料能够在高速公路隧道发生火灾等紧急情况下，具有穿透烟雾的特殊作用，为应急逃生提供照明。从实际效果来看，能够极大的提升隧道事故中的救援效率。除了救援方面的好处，这种蓄能发光涂料技术通过与LED灯组合布设在隧道中能够节约照明用电，实现节能减排的目的，创造更大的经济效益。除了这种蓄能发光涂料，市面上还有许多其他功能型的长余辉发光材料可供选择，如武汉广益交通科技有限公司生产的引路牌蓄能发光涂料和重庆万耀防火材料有限公司生产的隧道防火蓄能涂料都已通过市场检验。

4 结 语

综上所述，长余辉材料因其材料自身的优势，已经逐渐开始在公路行业得到应用。但是仍然处于较为初级的阶段，虽然优势突出，但是其缺陷也是十分明显的，如造价过高，存在地区适用性等问题。另一方面，我国作为稀土资源大国，全球80%稀土资源储存在我国，同时，市场需求的进一步扩大，这些都将促使长余辉材料的不断发展，可以预见，长余辉材料在公路行业的发展将会迎来巨大的发展。

[1] 王倩. 发光混凝土的制备及性能研究[D].沈阳: 沈阳建筑大学, 2013.

[2] 陈伟. 新型硅酸盐长余辉发光材料的制备与性能研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2004.

[3] 李松坤,王小平,王丽军,等. 长余辉发光材料的研究进展[J]. 材料导报, 2014, 卷(5): 63-67，84.

2015-04-11

李广权(1988-)，男，助理工程师，研究方向：桥梁临时结构及材料应用。

U414

C

1008-3383(2015)11-0007-01