长余辉材料在建筑材料中的应用

林路 李振 吴宇煊（长江大学城市建设学院）

0 前言

长余辉材料是一种光致发光材料。在受到激发源的照射后，它可将能量吸收存储在材料内，停止照射后，存储的能量再以光的形式释放，且这一发光释能的过程是缓慢的、持续的。长余辉材料的主要类型有：硫化物、硫氧化物、碱土铝酸盐、碱土硅酸盐、钛酸盐和镓酸盐等[1]。从光致发光效率、发光时长、稳定性和耐久性比较，上述几种类型中碱土铝酸盐类的长余辉材料性能较好，又根据碱土金属元素和掺杂稀土离子的不同，以稀土Eu2+激活的铝酸盐长余辉材料性能最具优势。稀土激发碱土金素铝酸盐的发光机理目前主要有空穴转移、电子陷阱和位形坐标三种理论模型。合成稀土铝酸盐发光材料的主要方法有：高温固相法、溶胶-凝胶法、燃烧法、微波法、水热合成法、化学沉淀法等多种方法[2]。

1 长余辉材料在混凝土中的应用

1.1 聚合物混凝土

支帆[3]等采用长余辉材料（SrAl2O4:Eu2+,Dy3+）、环氧树脂和废旧玻璃作为骨料制备了自发光聚合物混凝土，并对其性能进行了研究。结果表明长余辉材料掺量对聚合物混凝土强度影响显著。随着长余辉材料的掺量增加，抗折强度提高，抗压强度降低。研究还表明废旧玻璃作为自发光混凝土骨料，其骨料中较大粒径占比越多，其性能越优。代函函和李地红等[4]研究了自发光树脂基透水混凝土的性能。其主要原材料为：长余辉材料、环氧树脂和碎石骨料。研究表明自发光树脂基透水混凝土在满足透水性能要求的前提下，可实现自发光，余辉时间在3～6h之间。许静贤[5]等也研究了自发光聚合物透水混凝土。研究发现长余辉材料细度对余辉时间的影响较大，制备自发光聚合物透水混凝土宜采用粒径较大的长余辉材料，长余辉材料掺量的提高，降低了透水混凝土的强度。研究还表明，玻璃微珠的掺入在一定范围内可提高自发光聚合物透水混凝土的亮度。

1.2 水泥混凝土

杨佳龙[6]研究了发光混凝土的性能。该发光混凝土以普通混凝土为基材，将掺入了长余辉材料的砂浆作为面层材料。以此发光混凝土制备的应急指示标志余辉时间达到了6h 以上；通过成本计算与比较，得知发光混凝土作为应急指示标志在无电源的情况下可实现长期发光，造价及使用成本均较低，价格相对低廉。高应力等人以水泥基胶凝材料为主体，制备得到了可以白天吸收自夜间自发光的新型超疏水改性自发光水泥基功能材料，余辉时间可达到9h 这种材料还可以排水除尘。研究还发现超疏水表面材料对材料的发光性能影响较小。陈景等[7-8]利用发光骨料制备了透水混凝土，研究发现使用石质发光碎石作为骨料，采用“水泥－超细粉煤灰”胶材体系，可制备出工作性、透水性、力学性能及表观效果良好的C20发光露骨透水混凝土。

2 长余辉材料涂料中的应用

唐念和周勇言等[9]以氟碳-聚氨酯为成膜物质，与长余辉发光颜料(SrAl2O4:Eu2+,Dy3+)及助剂共混制成了一种蓄能发光涂料。并研究了长余辉材料、钛白粉用量等参数对发光性能的影响。结果表明，余辉时间达8h，且能够满足电力设备涂料应用中对耐候性、耐热性、耐水性等的要求。胡建伟[10]等以丙烯酸改性聚氨酯树脂为成膜载体，稀土铝酸盐长余辉材料为自发光材料，制备了一种装饰用自发光涂料。该发光材料主要原材料为丙烯酸改性聚氨酯树脂、长余辉材料、二氧化钛和玻璃微粉等。通过试验发现该涂料的余辉时间、附着力和硬度等多种性能优异。长余辉自发光涂料在道路工程应用较多。赵聚成等[11]研究总结长余辉材料在路面领域的应用结果表明：长余辉涂料在路面材料中可降低交通事故发生的概率，减少能耗，还可以形成道路景观。长余辉材料在自发光路面材料领域具有广泛的应用前景，徐建晖等将长余辉材料和高分子材料配合一定量的助剂，制备得到了可用于路面警示标识的长余辉自发光涂料。这种涂料的余辉时间可达6h，该涂料已经应用于城市行步道系统装饰，湿地公园、山区公路等特殊路面的警示。唐祖光等[12]用聚乙烯醇为基料，长余辉材料填料，制备得到了水溶性自发光涂料。该涂料具有余辉时间长和发光亮度高等一系列的优点，具有很好的美化装饰作用。

3 长余辉材料在玻璃中的应用

彭庆朋等[13]开发了具有长余辉性能的钙钛矿微晶玻璃，通过掺杂镧元素可调控其长余辉性能。唐海涛[14]制备得到了一种长余辉微晶玻璃，该微晶玻璃可实现X 射线激发的长余辉发光性能。周琼[15]采用两步法制备得到了具有长余辉特性的微晶玻璃，该微晶玻璃玻璃可吸收近紫外光，发出较强的蓝绿光。夏威等[16]介绍了长余辉发光玻璃，长余辉发光玻璃可以分为微晶发光玻璃、低熔点发光玻璃、高温合成发光玻璃和热熔发光玻璃。这几种玻璃是采用玻璃原材料和长余辉材料在不同工艺下制备得到的具有自发光特性的玻璃制品。

4 长余辉材料在人造石材中的应用

范志强[17]研究了石材加工废料制备自发光人造石材的工艺与方法。主要原材料为不饱和聚酯树脂、石材加工废料和长余辉材料，当长余辉材料掺量超过20%时，继续增大其掺量余辉时间和光强均不再明显提高。《石材》[18]报道了利用砂岩废料和长余辉材料制备的发光石材。《中国建材报》[19]报道了一种新型发光石材，在自然光照射5～10min 后，可自发光12h 以上。苑金生[20-21]研究了以石英砂、不饱和聚酯树脂及长余辉材料等原材料制备的蓄光型自发光石材。这种石材可用于室内外装饰装修工程。

5 结论与展望

在“双碳”背景下，利用长余辉材料的光之发光特性，将其应用于建筑材料中，有利于降低建筑全生命周期碳排放，对建筑领域的碳减排具有重要意义。文献调研结果表明长余辉材料在混凝土、涂料、玻璃和人造石材中的应用研究较多，研究内容主要集中在长余辉材料对本体材料力学性能影响以及材料的余辉时间和光强等性能。长余辉建筑材料仍需加强耐久性研究。