发光纤维的研究进展*

高 晗，迟 祥，宋晓雪，王 栋，程万里

(东北林业大学 生物质材料科学与技术教育部重点实验室，哈尔滨 150040)

0 引 言

发光纤维分为荧光纤维和夜光纤维，夜光纤维又分为自发光型和蓄光型。发光纤维实现了自动吸光-蓄光-发光这一循环功能，既解决了环保的问题又符合可持续发展原则。发光纤维具有无毒、无害、无放射性元素，色泽光鲜亮丽，材质柔和，抗衰老性优良等多方面优点。发光纤维制成的纺织品在接收一定时间的光照后，可以在夜晚持续发光数小时，可被广泛应用于功能服饰(夜间作业、消防服、矿井服装)、休闲娱乐、防伪等领域。

基于此，近年来使用发光纤维制造出的具有奇异特性的光学材料获得广泛关注。该类光学材料以发光纤维为基元，通过其自身构效特征或者与其他异质基元复合，实现相关光理化功能。相对于使用传统纤维构筑的功能性材料，使用发光纤维制造的光学材料具有绿色、无毒、可持续发展等优点。陈志俊等[1]对生物质基光学材料进行了详细综述，其综述重点主要包括林木芳香生物质与多糖生物质荧光材料、树木生物质仿生光热材料、木材基纳米纤维素仿生光子晶体材料、生物质基光学材料的应用等。本文针对光学材料中的发光纤维研究进展为主要综述对象，对该领域近年来的重要研究成果进行了综述，系统地梳理总结了发光纤维材料的相关研究概况，进一步凝练了该领域近年来的科学问题。

1 发光材料的分类及其应用

物质释放能量的方式有多种，其中发光是最常见的一种能量释放方式。当物质受到外力(如光的照射，外加电场或电子束轰击等)作用时，物质会因吸收能量而被激发，导致物质内部的平衡状态被破坏，在该物质从激发状态再回复到原来平衡状态的过程中，吸收的能量以光辐射的形式发射出来，当该光辐射表现为可见光或近可见光时，这种现象称为发光[2-3]。很多外界因素共同作用从而导致物质的发光，如电磁辐射、电场强度或电流作用等因素，发光原因也和化学反应、生物过程等相关。

1.1 发光材料的种类及特性

根据发光类型的不同可将发光材料分为两大类：主动发光材料和被动发光材料。主动发光材料指的是靠自身体系内的能量转化而发光，一旦能量转化趋于新的能级则会失去发光能力的材料。主动发光材料也称为自发光材料，主要包括生化荧光材料、发射性荧光材料和化学反应荧光材料。发射性荧光材料，由于放射性的污染，除在极少特殊条件下已限制其应用。化学反应荧光材料的研究和应用较为普遍，其特点是光亮度强，连续发光[4]。被动发光材料指的是基体受到外界能量的碰撞从而使体系内的能量变得活跃促使基体发光的材料，这也是被动发光材料的发光机理。在被动发光材料中，按照发光源的类型又分为光致发光材料、电致发光材料、力致发光材料。光致发光是在光(包括紫外光、可见光、红外光等)的照射和激发下而使物体发光的物理现象。以紫外光、可见光等光源输入体系内而导致发光的材料称为光致发光材料；以电能输入体系内而导致发光的材料称为电致发光材料；而所谓力致发光材料，就是受到破坏应力或形变应力时而致发光的材料。根据技术路线的不同可将电致发光材料分为两大类：有机电致发光材料和高分子电致发光材料。其中有机电致发光材料具有成本低、体积小、响应时间短、质量相对较小和优良的成膜性等优点，并且满足照明功能和显示性能的需求，因此有机电致发光材料已经广泛的受到商业界以及科学界的关注。近年来力致发光材料研究较少，其原因在于力致发光现象的强度较弱，一般的光电材料很难做出检测，在制备时采用高灵敏度的光电倍增管和价格偏高的高灵敏度电流检测设备，导致其制作成本高、体积大质量高、工作电压高，很难实现探测装置小型化、小功率的要求。

根据发光材料的不同又可将被动发光材料分为有机荧光材料和无机荧光材料。其中染料和颜料为有机荧光材料的两种类型。电致短致余辉材料和光致长致余辉材料为无机荧光材料的两种类型。电致短致余辉荧光材料为瞬光型材料；光致长致余辉荧光材料为蓄光型材料。近十年来，基于小分子有机染料的荧光纳米材料在成像和传感领域的应用越来越广泛。这主要是因为它们能够将小分子有机荧光团的光谱特性可调性和生物相容性与无机材料的亮度、化学和胶体稳定性结合起来。这种独特的功能组合伴随着染料基纳米材料的丰富多样性：从小分子聚集体到涉及超支化聚合物的复杂核壳纳米结构。无机荧光材料中应用最广的是长余辉发光材料，现已广泛应用于生活以及商业领域中。长余辉发光材料本质上是光致发光材料，在不消耗能源的基础上其可将光能储蓄并且传播，是一种新兴的环保材料。根据基质可将长余辉发光材料分为硫化物系列[5-7]、硫氧化物体系[8-10]、碱土铝酸盐体系[11-14]、碱土硅酸盐体系[15-18]、钛酸盐系列[19-20]和镓酸盐系列[21-22]等几大类别[23-24]。

总体来说，不同的发光材料拥有不同的发光性能，并且其致光因素也不尽相同，应用领域也不一样。

1.2 发光材料的发光原理

不同发光材料的致光机理存在着相似性，以Eu2+掺杂的长余辉发光材料为例[25]，其主要有空穴转移模型，位移坐标模型，电子陷阱模型3种不同的发光机理。

空穴转移模型：当受到紫外可见光照射时，发光中心的Eu2+离子从基态跃迁到激发态，在4f轨道上产生一个空穴，接着电子跃迁回到基态时，与空穴结合产生了光。价带中的电子从环境中获得能量填补空穴，同时在价带中产生新的空穴，这时转换成Eu+，而俘获价带中的空穴使得RE3+转变成RE4+。停止紫外光照射后，在热扰动的作用下，RE3+俘获的空穴又重新回到价带中。当空穴移动靠近至Eu+的局部能级时，被Eu+俘获再次产生光。如图1所示。

图1 空穴转移机理模型图[25]

空穴转移机制认为，RE3+的作用就是俘获价带中的空穴，改变空穴数量和浓度，然后随时间的延长和热扰动放出空穴，使发光中心重新俘获空穴，与电子复合发光，从而延长余辉时间和加强余辉强度。余辉的其中一个影响因素为缺陷能级深度，当能级较浅时，电子在室温时容易从陷阱中热致逃逸，从而导致余辉时间过短或观察不到长余辉。当能级较深时，在室温的条件下从陷阱中逃逸出的电子数目基本不存在，这样也对长余辉现象产生有不利影响。

位移坐标模型：位移坐标模型又叫热释光机理模型。如图2所示。曲线A表示Eu2+的基态，曲线B表示Eu2+的激发态，曲线C表示缺陷能级。当受到外部光源激发后，电子从基态跃迁到激发态，接着其中一部分电子再从激发态跃迁回基态产生光，另一部分电子被陷阱能级捕获，陷阱能级中的电子吸收能量后，重新返回激发态，再从激发态返回基态的过程中产生光。

图2 位移坐标机理模型图[25]

电子陷阱模型：电子陷阱模型是吸光激发，Eu2+的基态4f7电子向激发态4f65d1跃迁，电子跃迁到激发态后主要有两种行为。①向能级底部弛豫并跃迁回基态，形成荧光。②向接近的氧离子空位缺陷能级弛豫。激发态4f65d1中的电子弛豫到陷阱中被捕获，从环境中获得能量后从陷阱中逃逸，重新回到激发态，然后进一步向基态跃迁释放光子从而产生光。其机理模型如图3所示。

图3 电子陷阱机理模型图[25]

1.3 发光材料的应用前景

我国可持续发展战略的提出十分重视新型能源的发展。发光材料由于能耗少和可持续利用的优点，备受各行各业的青睐。近年来发光材料的应用范围越来越广，涉及到医学、照明、显像、农业、交通等多方面领域。发光材料在医药方面的应用主要集中于生物分子的荧光标记[26]，最终可以计算出测试样品中抗体或抗原的数量(浓度)。以纳米材料为基础的荧光探针和药物载体已经在生物化学领域得到了广泛应用，尤其是肿瘤的诊断和治疗。在医学诊断和治疗方面，以生物矿化策略为基础合成的多功能稀土上转换发光纳米材料有良好的应用前景。发光材料的照明应用领域主要包括植物照明、半导体照明、白光有机发光器件等。针对植物生长所需的红光和远红外光，学者们制备出可用于植物照明的LED荧光粉。随着科学技术的不断发展，碳化物荧光粉为半导体照明与显示技术的发展做出了极大的贡献。发光材料中的白光有机电致发光器件在平板显示及照明领域有广阔的应用价值，因此白光有机电致发光器件备受科研界与产业界的关注[27]。发光器件是显示与照明领域中的关键元件,和传统发光二极管(LED)相比,有机发光二极管(OLED)具有对比度高、超薄以及可弯曲等优点,在显示与照明领域拥有巨大的市场价值与应用前景。发光材料显像应用领域主要集中在生物成像方面。复旦大学的高渊[28]等制备并研究了具有协同表面配体的水溶性稀土上转换发光纳米材料，其主要用于活体淋巴结成像。为了解决生物成像中自发荧光干扰的问题,复旦大学的余梦晓[29]开发一些能完全消除自发荧光干扰的“新型发光探针”。发光材料在农业上的应用主要集中在转光膜上。发光材料中的荧光材料具有优良的吸收紫外线并发射可见光的性能，将特殊的荧光粉加入到薄膜中，则可以做出荧光转换农用薄膜(转光膜)，此种转光膜能提高植物的光合作用，进而促进作物的生长和早熟。发光材料在交通领域的应用主要集中在自发光交通标志、道路交通荧光标线等方面。况振华[30]等研究了一种新研发出的路用标线材料,将荧光材料、反应型高分子材料在一定相容剂作用下进行分散融合,研制开发出发光强度高,辨识度高,视觉导向能力强的荧光标线材料。该材料对保障夜间高速公路行车安全发挥重要作用。除此之外，发光材料还涉及其他应用领域。例如，与光致发光染料复合的再生纤维素薄膜，具有均匀的结构、优异的透光率和良好的拉伸强度且可生物降解[31]，如图4所示。此薄膜可应用于防伪包装材料和功能材料领域，比如食品包装、纺织品织造、人造花制作等。Wang等[32]课题组关于生物质基荧光材料应用方面做了很多研究工作。即利用碳点制备成量子尺寸胶体，将胶体直接注入商业化的墨盒中，使用商业打印机，可在纸上直接打印出图案(如图5所示)。总而言之，发光材料的应用领域极其广泛，并且具有良好的发展前景。

图4 与光致发光染料复合的再生纤维素薄膜[31]

a、b.打印用墨盒；c.拟打印图案；d.在明场下的打印图案；e.紫外场下的打印图案；f.印品纸在明场及紫外光照射后的图案；g.打印纸在紫外激发超过16个周期的荧光变化；h.冷白光发射装置示意图；i.暖白光发射装置示意图；j.冷白光发射波谱图；k.暖白光发射波谱图；l.发射光线所在CIE坐标系中位置图

2 发光纤维分类及其制备方法

发光纤维又称为夜光纤维，是利用发光材料与纤维制品进行特殊工艺处理而制成的。以原生纤维为基质，采用新型高效长余辉发光材料作为添加剂，制备出性能稳定、抗衰老性能优良，同时又克服传统发光材料缺陷的新型发光纤维。发光纤维既实现了自动吸光-蓄光-发光这一循环功能，又在不损害纤维力学强度和化学条件的前提下，满足可应用于不同领域的需求。发光纤维分为蓄光纤维和荧光纤维。由于发光纤维独特的性能特点，因此其制备方法不同于传统发光材料的制备方法。发光纤维的制备方法有熔融纺丝法、溶液纺丝法、高速气流冲击法、键合法、表面涂层法等。

2.1 蓄光纤维材料

蓄光纤维是指从外界吸收太阳光或者人造光等光能中的紫外线能并且在光源除去后可将这部分能量以可见光的形势散发出来的一种纤维材料。这种材料由于具备可持续性、环保性、节能性等优点，受到各行各业的广泛关注。首代发光材料中因含有镭元素，具有一定辐射性的缺点；次代发光材料是传统的硫化物，它对人体有一定的毒害性、放射性，且存在发光亮度不足、持续时间较短等缺点；三代发光材料就是我们现在应用的蓄光型材料，这种材料去除了弊端，使得发光性能大幅度提升。随着研究的进展，某公司研制出了一种性能优良的蓄光涤纶型长丝，这种材料与传统纤维材料相比亮度高且保留了传统纤维的环保性和节能性的优点，可应用于户外照明，大大提高了夜间工作的安全性。这种材料最突出的特点是发光时有立体感。

夜光纤维是利用稀土铝酸盐夜光材料为发光体，聚醋树脂为基体，经过特种纺丝工艺制成的具有夜光性的蓄光型夜光纤维[33-35]。稀土铝酸盐夜光材料与其它高能见度材料相比，具有余辉时间长、亮度高、无毒无害无放射性、对环境和人体绝对安全的特点[36-38](各种铝酸盐长效发光材料性能比较如表1所示)。蓄能型夜光纤维是以稀土铝酸盐夜光材料为主体而生产出的新型夜光纤维，因其优良的物理性能及蓄能性能，深受到海内外专家的青睐，应用方面受到极大的重视。

表1 各种铝酸盐长效发光材料性能比较

2.2 荧光纤维材料

荧光纤维别名安全纤维，根据不同的致光源可分为红外荧光纤维和紫外荧光纤维。红外荧光纤维指在红外光的作用下能发光的纤维。红外荧光纤维可把低能级光转换为高能级光，且激发光源为不可见光，所以红外荧光纤维材料多用于防伪方面，又称荧光防伪纤维。紫外荧光纤维指的是在紫外光的作用下可以发出各种颜色的光，但紫光消失后又回复原色的纤维，又称作光致变色纤维。由于荧光纤维在特殊光照射条件下呈不同颜色这一特性，其应用方面备受关注。此前已研制出的荧光纤维的基体材料多为聚丙烯等石油高分子材料，由于石油资源匮乏且为不可再生能源，又因聚乳酸(PLA)等生物质材料具有广泛性、可降解性和环保性等优点，因此PLA的开发应用越来越受到重视。近些年国际研究领域陆续研制出具有阻燃性、染色性、导电性等功能化的PLA纤维，但是利用PLA为基体材料制备的荧光纤维却极其稀少。所以研制PLA荧光纤维，可以对开拓PLA纤维的应用有着很好的推进作用。同时全面地对不同基体材料荧光纤维的性能进行考察，也有利于荧光纤维的研究。近年来荧光纤维的应用取得了一系列进展。比如采用成本低效益高的聚甲基丙烯酸酯基电纺荧光纤维用于氨传感。以蒽为荧光元素的甲基丙烯酸均聚物与市售的聚甲基丙烯酸甲酯共混，制备荧光电纺聚合物纤维。三维网格的形成可以提供与气体分析物的相互作用区域，从而克服聚合物薄膜引起的猝灭限制，从而实现更高效的传感。基于蒽荧光团在氨蒸气存在下的荧光猝灭，这些材料已被评估用于氨传感，在浓度高达10000 ppm时表现出快速响应。蒽荧光团与疏水性聚甲基丙烯酸酯基主链的共价键合，使上述材料在涉及水介质中的金属离子和生物分子的传感应用中具有良好的开发前景。荧光材料种类繁多，且发光颜色多样。表2列举了几种常见的荧光材料。

表2 常见的几种无机荧光材料

2.3 发光纤维的制备方法

发光纤维有多种制备方法，分别为熔融纺丝法、溶液纺丝法、高速气流冲击法、键合法、表面涂层法等。

熔融纺丝法：发光化合物和聚合物共同混熔，将产物进行纺丝，或者将发光化合物在纺丝高聚物混熔的树脂中混合均匀制备成荧光母粒，而后与高聚物混合进行纺丝，制备成纤维。这种方法看似容易制备，其实对材料的要求却十分的严格。比如：材料的抗氧化性能、材料的尺寸、抗高温性能等。因为这些条件以及种种原因使得这种方法的应用受到了一定的限制。

溶液纺丝法：将发光化合物进行溶解(溶剂为纺丝原液)，溶解后得到的产物进行纺丝，最后制备成发光纤维。溶液纺丝法与熔融纺丝法相比，前者条件相对宽松，因为其纺丝的温度较低，不会出现氧化和热分解的问题。但要求发光材料的兼容性好，即发光材料与纺丝液相容，因此该方法的关键是选择相容性好的发光材料。

高速气流冲击法：该方法通过高速气流冲击装置将发光化合物与短纤维混合，使短纤维的表面附着发光化合物，从而达到发光的效果。由于这种方法相对繁琐复杂，以至于国内还没有过类似的发表，相关研究还在进行当中。

键合法：这种方法的制备过程是将发光化合物的单体进行缩聚反应，也可以在聚合物的侧链上配位发光化合物，得到的产物进行纺丝，从而得到发光纤维。用这种发光制备而成的发光纤维的稳定性相比于其他方法更为突出。但是这种方法的缺点就在于加工工艺比较复杂。

表面涂层法:把某种物质与纤维进行涂层处理，得到具有发光性能的纤维。这种物质是将发光化合物在适当的溶剂中溶解，然后将其与树脂等进行混合制备成发光色浆。这种方法的工艺流程相对简单，但是这种方法采用的图层处理是附着在纤维表面，所以其在酸碱的条件下容易分解。而且其抗老化性能和耐洗性能较差，所以不能应用于纺织领域。

3 发光纤维的性能及其应用

发光纤维是指在无光照情况下可自发光的功能性纤维[39]。其选用合适的发光材料和纺丝基质，将发光材料均匀混合于纤维基质中，添加纳米助剂形成纺丝原液，再经过不同的纺丝方法制成蓄光型或荧光型发光纤维，这就是发光纤维的纺丝过程。发光纤维的纤维基质可选取涤纶、绵纶及氨纶等化学纤维，其物理化学性能与普通纤维相似[40-41]，同时还具有自发光的功能性。发光纤维不仅具有普通纤维的服用性能，还可在特殊行业起到装饰和警示的作用。

使用发光纤维制备的纺织品与正常纤维相比在白天相差不多，使用性两者完全一样，不会让人感觉到任何不同的地方，稀土发光纤维的性能更是出众。稀土发光纤维与硫化锌荧光粉不同，没有磷、铅、铬、钾等有害元素；稀土发光纤维也与反光材料不同，不用涂覆在纺织品的外表，而是在纤维分子中分散发光。稀土发光纤维经过水洗之后仍具有相应的发光性，但是其性能相比之前会有所下降。由夜光纤维制成的织物有多种优异的性能。以下将重点阐述发光纤维的发光性能和织造性能。

3.1 发光纤维的发光性能

夜光纤维不仅科技含量较高，而且其独特的功能性使其具有安全性和环保性。选用的混于纤维基质中的发光材料一般是稀土发光材料，该材料具有很多优异的性能。稀土发光材料不具有放射性，对人体和环境无害，是一种环境友好型材料。因此制成的发光纤维也具有环保性能。发光纤维在吸收10 min可见光后，可在黑暗中持续发光10h以上，具有出色的余辉性能，能够循环利用。将发光纤维制成夜光纱线后，利用夜光纱线制作拖鞋、地毯、窗帘等，即使在黑暗环境中，仍然可以通过发光处寻找物品，方便夜间活动[42]。

采用夜光织物覆盖的开关装置，白天吸光后，夜晚开关就可以呈现不同的颜色(目前发光纤维的颜色可达18种之多，分别为白色、浅黄色、浅绿色的夜光涤纶与绵纶长丝等)，白天吸收太阳光后夜晚发光，吸光发光多次循环，不会消耗电能，符合现代社会节能环保的生活理念。用发光纤维做成的织物，能够使夜间工作者在黑暗情况下作业，提高了夜间工作效率。在矿井、高速公路等较为危险的地方，发光衣物具有一定的可辨识性，从而大大提高了工作的安全系数。总而言之，发光纤维是一种光致发光的新型功能型纤维，该纤维在接受任何光源照射一定时间后，无光情况下可以发光数小时[43-44]，其无毒无害、无放射性、可循环利用，具有较好的应用前景。由Zhi Chen等研究人员制备的暖色调SrAl2O4:Eu2+, Dy3+/SiO2@RECC/PA6发光纤维具有很好的发光性能，具有广阔的应用前景。四组发光纤维在去除激发光后在黑暗环境下的发光图像如图6所示[45]，且发光颜色随着SiO2@RECC含量的变化而变化。SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/SiO2@RECC/PA6发光纤维的发光发射模型如图7所示[45]。由图可以看出SrAl2O4: Eu2+, Dy3+和SiO2@RECC颗粒在纤维中分布良好。当光纤暴露在激发光下时，SrAl2O4: Eu2+, Dy3+和SiO2@RECC粒子被激发，并同时发出持久的黄绿色荧光和红色荧光。在没有激发光的黑暗环境中，四组光纤都呈现出暖色调的发光颜色。暖色调发光纤维由于在黑暗环境中可发出彩色光，在家用纺织品、服装、刺绣纺织品、鞋和玩具织物等领域显示出许多潜在的应用。

图6 四组发光纤维在日光下的图片和去除激发光后在黑暗中的发光图片[45]

图7 SrAl2O4: Eu2+, Dy3+(SAOED)SiO2涂层的红色发光香豆素色彩转换器(SiO2@RECC)/PA6发光纤维的发光发射模型[45]

3.2 发光纤维的织造性能

夜光纤维制成的织物吸收极短时间的可见光后，在黑暗情况下可持续发光数小时。由于其独特的发光性能，被广泛应用于纺织、生活、交通等各项领域。因为夜光纤维的力学强度较高，所以其工艺流程也较为复杂。夜光纤维的基材为绵纶、涤纶等，能基本满足织造要求。夜光纤维表面附着细小颗粒，导致其表面粗糙，上机时摩擦较大且在摩擦过程中使其变黑从而影响纤维的可观赏性，因此织造条件苛刻。影响机织织物发光效果是发光纤维的组织结构、厚度、紧密度等。目前夜光机织织物主要局限于防伪、纺织等领域，其他功能的应用还有待开发。夜光印花织物是将印花浆料与发光材料混合后印在织物上。为方便发光材料粘附在织物表面，发光材料颗粒一般为80-100目。由于印花分为水性印花和油性印花，因此发光材料的品种也要随之变化。夜光涂层织物是以涤纶、涤棉或棉等织物作为基布，采用夜光涂层剂，经过涂层处理，将发光材料粘合在基布上而获得的一种新型功能性面料[46]。夜光涂层织物是一种复合材料，在保留原织物的优良性能的同时又具备发光性能。夜光涂层织物的优点大致为：工艺流程较短、操作简单、易于控制、耐光耐气候性好、光强度高、节约成本、易于推广等。

添加稀土发光材料能增深增艳，是因为发光材料具备长效吸光和蓄光特征，具备频频接收光能和开释长波的功效[47]。尹桂波等用Eu3+有机配合物分别在薄、厚织物上涂层整理后进行抗紫外光测试，薄棉布整理后的UPF值提高近10倍[48-49]。随着服装设计行业的发展需求，新技术的融入在行业中备受关注，由发光纤维制成的服装也受到越来越多的关注。合理地把发光材料与服装相结合，不但拓展了设计空间而且激发了发光材料的潜力。如果能把握好服装的光亮色彩、舒适性能、清洁保养等细节问题，发光材料在服装中的应用将会引领时装的潮流趋势[50-52]。发光材料在织物上的应用方式不同，导致服装舒适度参差不齐。合理的应用方式不仅可以提高舒适度和便捷性，而且能够充分发挥发光材料提升服装面料色彩鲜艳度的作用，因此寻找一种合理的应用方式才能使发光材料在服装中发挥更大的作用[53-54]。由纳米光致发光纤维制成的面料，因其独特的性能备受人们的喜爱，如图8所示[55]。通过静电纺丝技术，聚苯乙烯、聚丙烯腈、醋酸纤维素、聚乳酸等20多种光致发光与变色纤维及纤维膜产品被国内外研究人员相继成功制备。产品应用涵盖服装、制药、防伪标识、人体健康检测器等，其相关产品在特定领域具有重要的应用价值。

图8 光致发光纤维面料[55]

3.3 发光纤维的应用

由于发光纤维自身的优良性能，目前已经被制成发光制品，在部队、消防领域、海上运输和工业中有所应用，同时在发光安全带、帐篷、地毯、鞋带、手机挂带、刺绣产品等日常生活产品中也有应用。据海外媒体报道，日本一家公司和我国一家公司协同开发出了一种新型储光纤维。与常规储光纤维的亮度相比，它的亮度更强。这种纤维在室内灯下照射半小时，就可在夜晚持续发光10h以上。我国开发的发光蓄光聚酯长丝纤维是以聚对苯二甲酸乙酯为基体，发光材料和稀土类的盐纳米级添加剂，通过一种特殊的纺丝工艺发光。它只要吸收任意可见光十分钟以上，就可以将光能存储在纤维之中，可以在黑夜进行长达10h以上的持续发光，并可循环的系统性的发光，这种材料克服了传统夜光织物涂层的缺点。这种材料无毒、无害、无放射性，符合国际相关使用条例，基于其特性可应用于装饰、交通运输安全、日常生活和娱乐场所及检测等多方面。一种基于检测水溶液中汞(Hg2+)离子的荧光光纤传感器已被制备研究，如图9所示[56]。该传感器与一般设计的传感器相比，既不需要荧光猝灭器，也不需要序列上的互补，有其优异的性能。

图9 描述传感器的实验装置[56]

(1)功能服饰

随着人们的生活品质的提高以及消费观念的改变，人们对衣服的要求不仅仅只局限于它最初的功能性，越来越多的人开始趋向于追求衣服的多元化以及多功能化。发光纤维具有独特的性能，所以由其制成的纺织物以及服饰深受人们追捧。用发光纤维制成的交通服，在夜间行驶的时候能给司机带来提示，这极大的方便了交通指挥，又提高了交警的人身安全；地下工作时使用发光安全服在保证安全的情况下提高了工作指挥性以及工作效率；在表演服饰以及儿童服饰中添加发光纤维可以使表演的效果更加生动形象从而具有观赏性，儿童穿戴也可以带给孩子们快乐和可玩性。若发生火灾等意外情况而导致电路故障，第一时间找到被困人群以及寻找灭火器等消防器材变得尤为重要。如果在消防设备上贴有用夜光材料制成的标志，或在灭火器后面安放夜光标志底衬，在黑暗情况下就能马上看到灭火器，进行及时地处理，达到自救或被救的目的[57-59]。

(2)玩具和刺绣艺术品

发光纤维也可用于玩具和刺绣方面，其制成的玩具在夜晚颜色绚丽多彩，深受人们的欢迎。将发光纤维用于毛绒玩具，提高了毛绒玩具的观赏性，大大拓宽了毛绒玩具的销售市场。发光纤维制备的刺绣艺术品包括服装刺绣、商标刺绣等。这些刺绣艺术品经过专家的设计可以给人美的享受。发光刺绣在居家用品、防尘布、沙发靠垫、窗帘等居家室内物件中也有应用，人们在夜间起床的时候起到照明警示作用，防止因为室内黑暗而造成摔伤等。

(3)防伪

发光纤维作为目前的新型材料，由于其独特的性能在防伪方面应用甚广。目前利用夜光纤维开发的防伪产品有防伪标识、防伪面料等。其防伪产品安全、可识别性高, 且耐久稳定[60]，如图10所示。荧光防伪纤维具有荧光性质，若将其加入纸张中，则可以制成各种防伪纸。纸中的纤维是看不到的，但在特殊光线下，纤维将呈现不同的颜色，以起到防伪的作用。

图10 发光材料防伪性能图[60]

4 发展趋势及应用前景

随着科学技术的发展与进步，研究者们对发光纤维的了解不断深入。研究者们致力于提高发光纤维的性能，降低发光纤维的生产成本，扩大发光纤维的用途，不断开发发光纤维的新产品。徐长富等[61]用聚丙烯、碱土铝酸盐类发光颜料和钛酸酯偶联剂为原料，利用熔融纺丝技术，生产出了一种具有余辉时间长、发光亮度高等优点的蓄光型发光纤维。我国江南大学与无锡宏源机电科技有限公司共同研制了一种新型夜光高科技功能纤维，当前也只有江南大学纺织服装学院差别化纤维研究实验室对稀土夜光纤维的基本性能有过系统研究，其他机构尚未进行过相关方面的研究[62]。这种纤维经检测符合服用纤维的基本要求，已经申请了相关专利，并且在2005年荣获江苏省科技进步二等奖[63]，这标志着我国在稀土夜光纤维研究领域取得了巨大进步。最初生产稀土夜光纤维一般使用聚丙烯作为纤维基体，后来逐渐丰富了生产原料，例如PET、纤维素等都被作为稀土夜光纤维的基体材料而使用，所以目前的蓄光纤维的研究发展方向主要集中在纤维基体的开发方面[64]。2015年初，江南大学研究院成功的研制出一系列新产品，有稀土夜光纤维材料、稀土夜光发光纺织面料以及几种稀土夜光纤维发光制品，这些产品普遍具有良好的手感和色彩，应用范围广阔[65]。发光纤维中的荧光纤维近年来的发展十分迅速。我国具有丰富的稀土资源，利用稀土高分子化合物掺杂改性纤维，生产荧光纤维具有广阔的应用前景[66-67]。Zhang等[68]制备了在紫外光下展示良好光稳定性的荧光聚合物复合纤维，这种复合纤维以Eu(BA)3(TPPO)2与PVP为原料，研究表明其发光物质的温度稳定性比单纯的配合物高，并且其强伸性能有很大的改善。Chan等[69]为了找到一种适合高温熔融纺丝法的发光纤维聚合物，他们成功合成了一种以Tb为中心离子的，具有优良热稳定性的光致发光有机配合物，经过热分析得知这种配合物的分解温度在300 ℃以上。王艳忠等[70]在生产荧光纤维的过程中，通过加入降温母粒降低加工温度，有效防止了高聚物在熔融纺丝机中的变化，成功的纺制出聚丙烯荧光纤维。

国内外研究学者对发光纤维的发光性能和机械性能进行了探究与改进。江南大学的闫彦红[39]课题组对发光纤维在纺织品开发方面进行了尝试。并取得了一定的研究成果。陈莉[71]采用发光纤维为原料，开发了夜光割圈线，通过调整机件、改进生产工艺，制备出手感柔软、服用性能舒适、发光亮度高的夜光割圈线。王雅冰[72]以夜光纤维为绣线和绣底，通过搭配普通绣线和绣底，设计开发了夜光手工刺绣产品以及夜光机绣产品，为夜光纤维应用于工艺品设计及服装设计打下基础。根据发光纤维发射谱线的唯一性，张等[73-74]将发光纤维用于防伪纤维领域，通过对纤维分子机构、原料配比、制备工艺等的研究分析，指出光谱指纹纤维具有优良的防伪功能。总而言之，发光纤维具有良好的应用前景。

5 结 语

发光纤维材料在人们的日常生活中扮演者十分重要的角色。发光纤维主要应用于荧光涂层、荧光染料和光纤织物等。发光纤维有其独特的发光性能和应用性能，但研究开发仍处于初级阶段，不管是理论还是实践都存在很多亟待解决的问题。

发光纤维的发光特性产生变化的机理和规律尚无统一定论，有待系统地深入研究。其次，须改进相关生产工艺，开发新的制备方法，以解决材料的发光强度低及机械强度弱等问题。此外，发光纤维容易引起团聚、稳定性不高、发光亮度不大、余辉衰减快等问题，必须通过深入研究材料的表界面、提高不同材料之间的相容性进行解决。

发光纤维在未来的发展中，一方面由于其新的上色方法增多，从而新型结构型发光纤维的种类也随之增多，人们可根据设计方案，以化学实验为基础，制造生产出所需结构和性能的发光纤维材料；另一方面需要深入研究新的生产技术，将荧光技术与纳米技术结合，生产出具有优异性能的发光纳米纤维制品[75]。今后应研发新型发光材料来降低发光纤维的生产成本，减少材料对人体造成的危害和对环境的污染。因此在未来的研究中，使用发光纤维制造的光学材料具有良好的发展前景。