电子纸型消防安全标志技术

邢玉凯

摘 要：电子纸具有低功耗、可折叠弯曲、画面显示细腻、可视角宽等优点，它同时具备电子器件和纸张的特性，既符合人们的视觉习惯，又拥有便捷、彩色化、数字化控制和规格多样化等特点。而长余辉发光材料是一种自发光材料，可以在自然光情况下储蓄能量，在黑暗条件下进行余辉发光，具有省电、发光性能稳定、余辉时间长等优点。该技术是在电子纸上涂覆一层长余辉发光材料，满足使电子纸在暗室情况下具有较好的可视效果，将电子纸和长余辉发光材料的优点相结合，应用于消防标志技术，将满足现代建筑规模化、高层化、复杂化以及临时建筑、特殊建筑的生命安全防灾体系要求。

关键词：电子纸 长余辉 发光材料 消防安全标志

中图分类号：D63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0091-03

随着建筑规模化、高层化、复杂化及多功能化的发展，以及临时建筑、特殊建筑的增多，保障人民的生命安全防灾体系面临新挑战。以近几年火灾伤亡事故为例，往往发生火灾后造成人员被困伤亡的基本是依靠外力灭火防灾，而事实更应注重确保在火灾发生后主动及时地指引正确的逃生方向，最大限度地减少人员伤亡。因此具有安装便捷、易弯曲、发光效果好、非线路供电的智能型疏散指示标志和安全出口标志等消防安全标志成为现在市场的需求，以构造现代建筑的生命安全防灾体系。

1 电子纸技术

电子纸，又称数字纸，是传感器的一种衍生产品，具有潜在发展能力，它同时具备纸张和电子器件特性，既符合人们的视觉习惯，又方便、快捷、彩色化、数字化控制和规格多样化[1]。电子纸可以实现像纸一样阅读舒适、超薄轻便、可弯曲。电子纸又可以像常见的液晶显示器一样具备转换刷新显示内容功能，可以及时显示最新信息，与数字化信息技术紧密结合，信息容量大，可以循环多次使用，并且比液晶显示器省电得多。同时，电子纸具有低功耗，可折叠弯曲，画面显示细腻，可视角宽等优点，尤其在阳光视角下，可视效果好。

电子纸的用途相当广泛，可以用于代替常规显示设备，包括移动通讯和PDA等手持设备显示屏，同样可以定位在超薄型显示器，形成与印刷业有关的应用领域，例如便携式电子书、电子报纸和IC卡等，能提供与传统书刊类似的阅读功能和使用属性[2]。长期以来，纸张一直用作信息交换的主要媒介，但图文内容一旦印在纸张上后就无法改变，不能满足现代社会信息快速更新、信息存储容量大和需长期保存等要求。因此，能够长期保存易编辑、信息存储容量大、信息循环利用率高和可进行高速处理的电子纸技术成为发展的目标。大幅面显示电子纸常可以用作电子展板（Sinage）、POP广告、信息提示牌等，小幅面显示电子纸常用作小型塑料显示、货架标签、手表、信用卡、RFID标签等[3]。总之，电子纸技术既延续了人类对纸张的习惯，又赋有电子显示的功能，具有广阔的应用和市场前景。

因此，可以利用电子纸具有的低功耗、可折叠弯曲、画面显示细腻、可视角宽、与数字化信息技术结合紧密、信息容量大，循环多次使用等特点，设计一种不需要电源或低耗电的，能够显示与周围环境相一致的智能化的电子纸型消防安全标志，应用于现代社会规模化、高层化、复杂化及多功能化的建筑结构中，来保障人民的生命安全。

2 长余辉发光材料

长余辉发光材料简称长余辉材料，又被称作夜光材料、蓄光型发光材料，其本质上是一种光致发光材料。它不消耗电能，是一类能够吸收如可见光、紫外光、X光等，并在激发停止后仍可继续发光的物质，通过把吸收的光储存起来，在较暗的环境中发出明亮可辨的可见光，具有照明功能，可以起到指示照明的作用，是一种“绿色”光源材料。关于长余辉材料的发光机理，一般认为缺陷是导致长余辉产生的直接原因，缺陷可以俘获激发态的电子，被俘获的电子能在室温下逃逸出来，并与空穴或激活离子复合，从而产生长余辉发光，但是这个过程十分复杂，到目前为止还没有非常有效的手段来加以表征和分析[4]。

对于长余辉发光材料，有两个重要指标，一个是激发光源关闭时的亮度值，即初始亮度；另一个是发光在人眼可视的亮度范围内持续的时间，即余辉时间。理论上0.32 mcd/m2是人眼可视值的百倍，严格地说，这种情况要求可视距离非常近，或者要求发光标志非常大；其次需要人在黑暗中要呆上足够长的时间才能适应周围环境，辨别出其光亮[5]。所以在消防安全领域实际应用中，各规范，标准组织把0.32 mcd/m2作为最低發光值[6]。长余辉发光材料发光值大于等于0.32 mcd/m2有效时间为余辉时间，表1为一些常见的长余辉材料。

目前对于长余辉发光材料的研究大部分都集中在蓝绿色发光材料方面，已知的性能最好的绿色长余辉发光材料是SrAl2O4：Eu2+，Dy3+，蓝色长余辉发光材料Ca Al2O4∶Eu2+，Nd3+[7]，其他颜色的长余辉发光材料研究进展和应用相对缓慢。其中SrAl2O4：Eu2+，Dy3+的余辉时间可达60h以上，具有白昼蓄光、夜间发射的长期循环蓄光、发光的特点，有着广泛的应用前景。因此，可以利用长余辉发光材料自身发光的特点，设计一种不需要电源，不需要布线的便捷式消防安全标志，以满足临时建筑、特殊建筑的要求，适用于现代建筑，确保人民的生命安全。

3 电子纸型消防安全标志结构原理

电子纸利用光的反射进行显示，但在暗室和黑暗环境下可视效果欠佳。长余辉发光材料是一种新型的自发光材料，具有发光亮度高、余辉时间长、稳定性好等优点，将长余辉发光材料进行包膜涂覆以后置于电子纸表面后，可以使电子纸在暗室环境下也有较好的显示效果。该技术原理即是在电子纸上涂覆长余辉发光材料，下面以铝酸盐长余辉发光材料为例在电子纸上涂覆进行详细说明。

铝酸盐是一类成熟的发光材料，如SrAl2O4：Eu2+，Dy3+是一种发绿光长余辉发光材料，进行紫外线照射或自然光照射后，撤掉光源，发光余辉时间完全满足实用需求。将SrAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉发光粉进行包覆以后（防止其水解），按照消防安全标志的要求均匀涂覆在EPD膜上。涂覆密度不能太大，以防止完全遮挡住电子纸薄膜，在自然光下，不影响电子纸可视效果和内容，同时发光材料反射自然光显示标志内容，当将电子纸移入暗室以后，长余辉发光材料缓慢释放在自然光下吸收的能量，进行发光显示标志内容，同时电子纸信息在余辉光下进行可视。endprint

长余辉发光粉的涂覆在EPD膜上还可以将电子粉末与长余辉发光材料按一定的比例混合，在制备EPD膜时直接将长余辉发光材料与电子纸合为一层，这样用途将更为广泛。

第一步：将一定量的正硅酸乙酯溶液（以SiO2含量计）溶于乙醇和去离子水中，用酸或者碱调节混合溶液的PH值，加热搅拌，使之生成透明的正硅酸乙酯溶胶.

第二步：将长余辉发光粉SrAl2O4：Eu2+，Dy3+浸入正硅酸乙酯溶胶中，待发光粉膨胀疏松，正硅酸乙酯成为凝胶时，停止加热。

第三步：把包覆好的混合物过滤放在烘干箱烘干。

第四步：经清洗干燥后得到用SiO2包覆好的SrAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉发光粉.

第五步：将包覆好的SrAl2O4：Eu2+，Dy3+与正负带电粒子混合进行乳化聚合成成微囊膜颗粒，将微囊颗粒与适合印刷的载体均匀混合，形成浆状物，混合的载体可以为UV胶，热胶或水胶。

第六步：以印刷的方式將浆状物涂步在膜材上，便制成长余辉发光粉SrAl2O4：Eu2+，Dy3+混合的EPD膜。

通过上述方法可以得到具有低功耗、可折叠弯曲、画面显示细腻、可视角宽、与数字化信息技术紧密结合、信息容量大、可循环多次使用、不需要电源或低耗电的、能够显示与周围环境相一致的智能化的电子纸型消防安全标志，以满足临时建筑、特殊建筑的要求，适用于现代建筑，确保人民的生命安全。

4 结语

电子纸型消防安全标志具有安装便捷、易弯曲、发光效果好、画面显示细腻、可视角宽、与数字化信息技术紧密结合、信息容量大、可循环多次使用等特点，能够应对并满足现代建筑规模化、高层化、复杂化以及临时建筑、特殊建筑的生命安全防灾体系的要求，在火灾发生后能够有效并主动及时地指引正确的逃生方向，最大限度地减少人员伤亡，尽管目前还没有开发，但其具有潜在的应用价值。

参考文献

[1] 李路海，张淑芬，杨锦宗，等.电子纸显示器技术现状与发展[J].电子器件，2003，26（2）：148-154.

[2] 田民波.电子显示[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3] 韩金容.电子纸及其应用展望[J].印刷世界，2010（11）：48-49.

[4] 刘应亮，雷炳富，邝金勇，等.长余辉发光材料研究进展[J].无机化学学报，2007，17（5）：1323-1329.

[5] 李艳琴.Eu～（2+）激活的多色长余辉材料的合成及其发光特性研究[D].兰州大学，2011.

[6] 李成宇，苏锵，邱建荣，等.稀土元素掺杂长余辉发光材料研究的最新进展[J].发光学报，2003，24（1）：19-27.

[7] 张中太，张俊英.无机光致发光材料及应用[M].北京：化学工业出版社，2011.endprint