電子紙型消防安全標志技術

邢玉凱

摘 要：電子紙具有低功耗、可折疊彎曲、畫面顯示細膩、可視角寬等優點，它同時具備電子器件和紙張的特性，既符合人們的視覺習慣，又擁有便捷、彩色化、數字化控制和規格多樣化等特點。而長余輝發光材料是一種自發光材料，可以在自然光情況下儲蓄能量，在黑暗條件下進行余輝發光，具有省電、發光性能穩定、余輝時間長等優點。該技術是在電子紙上涂覆一層長余輝發光材料，滿足使電子紙在暗室情況下具有較好的可視效果，將電子紙和長余輝發光材料的優點相結合，應用于消防標志技術，將滿足現代建筑規模化、高層化、復雜化以及臨時建筑、特殊建筑的生命安全防災體系要求。

關鍵詞：電子紙 長余輝 發光材料 消防安全標志

中圖分類號：D63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0091-03

隨著建筑規模化、高層化、復雜化及多功能化的發展，以及臨時建筑、特殊建筑的增多，保障人民的生命安全防災體系面臨新挑戰。以近幾年火災傷亡事故為例，往往發生火災后造成人員被困傷亡的基本是依靠外力滅火防災，而事實更應注重確保在火災發生后主動及時地指引正確的逃生方向，最大限度地減少人員傷亡。因此具有安裝便捷、易彎曲、發光效果好、非線路供電的智能型疏散指示標志和安全出口標志等消防安全標志成為現在市場的需求，以構造現代建筑的生命安全防災體系。

1 電子紙技術

電子紙，又稱數字紙，是傳感器的一種衍生產品，具有潛在發展能力，它同時具備紙張和電子器件特性，既符合人們的視覺習慣，又方便、快捷、彩色化、數字化控制和規格多樣化[1]。電子紙可以實現像紙一樣閱讀舒適、超薄輕便、可彎曲。電子紙又可以像常見的液晶顯示器一樣具備轉換刷新顯示內容功能，可以及時顯示最新信息，與數字化信息技術緊密結合，信息容量大，可以循環多次使用，并且比液晶顯示器省電得多。同時，電子紙具有低功耗，可折疊彎曲，畫面顯示細膩，可視角寬等優點，尤其在陽光視角下，可視效果好。

電子紙的用途相當廣泛，可以用于代替常規顯示設備，包括移動通訊和PDA等手持設備顯示屏，同樣可以定位在超薄型顯示器，形成與印刷業有關的應用領域，例如便攜式電子書、電子報紙和IC卡等，能提供與傳統書刊類似的閱讀功能和使用屬性[2]。長期以來，紙張一直用作信息交換的主要媒介，但圖文內容一旦印在紙張上后就無法改變，不能滿足現代社會信息快速更新、信息存儲容量大和需長期保存等要求。因此，能夠長期保存易編輯、信息存儲容量大、信息循環利用率高和可進行高速處理的電子紙技術成為發展的目標。大幅面顯示電子紙常可以用作電子展板（Sinage）、POP廣告、信息提示牌等，小幅面顯示電子紙常用作小型塑料顯示、貨架標簽、手表、信用卡、RFID標簽等[3]。總之，電子紙技術既延續了人類對紙張的習慣，又賦有電子顯示的功能，具有廣闊的應用和市場前景。

因此，可以利用電子紙具有的低功耗、可折疊彎曲、畫面顯示細膩、可視角寬、與數字化信息技術結合緊密、信息容量大，循環多次使用等特點，設計一種不需要電源或低耗電的，能夠顯示與周圍環境相一致的智能化的電子紙型消防安全標志，應用于現代社會規模化、高層化、復雜化及多功能化的建筑結構中，來保障人民的生命安全。

2 長余輝發光材料

長余輝發光材料簡稱長余輝材料，又被稱作夜光材料、蓄光型發光材料，其本質上是一種光致發光材料。它不消耗電能，是一類能夠吸收如可見光、紫外光、X光等，并在激發停止后仍可繼續發光的物質，通過把吸收的光儲存起來，在較暗的環境中發出明亮可辨的可見光，具有照明功能，可以起到指示照明的作用，是一種“綠色”光源材料。關于長余輝材料的發光機理，一般認為缺陷是導致長余輝產生的直接原因，缺陷可以俘獲激發態的電子，被俘獲的電子能在室溫下逃逸出來，并與空穴或激活離子復合，從而產生長余輝發光，但是這個過程十分復雜，到目前為止還沒有非常有效的手段來加以表征和分析[4]。

對于長余輝發光材料，有兩個重要指標，一個是激發光源關閉時的亮度值，即初始亮度；另一個是發光在人眼可視的亮度范圍內持續的時間，即余輝時間。理論上0.32 mcd/m2是人眼可視值的百倍，嚴格地說，這種情況要求可視距離非常近，或者要求發光標志非常大；其次需要人在黑暗中要呆上足夠長的時間才能適應周圍環境，辨別出其光亮[5]。所以在消防安全領域實際應用中，各規范，標準組織把0.32 mcd/m2作為最低發光值[6]。長余輝發光材料發光值大于等于0.32 mcd/m2有效時間為余輝時間，表1為一些常見的長余輝材料。

目前對于長余輝發光材料的研究大部分都集中在藍綠色發光材料方面，已知的性能最好的綠色長余輝發光材料是SrAl2O4：Eu2+，Dy3+，藍色長余輝發光材料Ca Al2O4∶Eu2+，Nd3+[7]，其他顏色的長余輝發光材料研究進展和應用相對緩慢。其中SrAl2O4：Eu2+，Dy3+的余輝時間可達60h以上，具有白晝蓄光、夜間發射的長期循環蓄光、發光的特點，有著廣泛的應用前景。因此，可以利用長余輝發光材料自身發光的特點，設計一種不需要電源，不需要布線的便捷式消防安全標志，以滿足臨時建筑、特殊建筑的要求，適用于現代建筑，確保人民的生命安全。

3 電子紙型消防安全標志結構原理

電子紙利用光的反射進行顯示，但在暗室和黑暗環境下可視效果欠佳。長余輝發光材料是一種新型的自發光材料，具有發光亮度高、余輝時間長、穩定性好等優點，將長余輝發光材料進行包膜涂覆以后置于電子紙表面后，可以使電子紙在暗室環境下也有較好的顯示效果。該技術原理即是在電子紙上涂覆長余輝發光材料，下面以鋁酸鹽長余輝發光材料為例在電子紙上涂覆進行詳細說明。

鋁酸鹽是一類成熟的發光材料，如SrAl2O4：Eu2+，Dy3+是一種發綠光長余輝發光材料，進行紫外線照射或自然光照射后，撤掉光源，發光余輝時間完全滿足實用需求。將SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長余輝發光粉進行包覆以后（防止其水解），按照消防安全標志的要求均勻涂覆在EPD膜上。涂覆密度不能太大，以防止完全遮擋住電子紙薄膜，在自然光下，不影響電子紙可視效果和內容，同時發光材料反射自然光顯示標志內容，當將電子紙移入暗室以后，長余輝發光材料緩慢釋放在自然光下吸收的能量，進行發光顯示標志內容，同時電子紙信息在余輝光下進行可視。endprint

長余輝發光粉的涂覆在EPD膜上還可以將電子粉末與長余輝發光材料按一定的比例混合，在制備EPD膜時直接將長余輝發光材料與電子紙合為一層，這樣用途將更為廣泛。

第一步：將一定量的正硅酸乙酯溶液（以SiO2含量計）溶于乙醇和去離子水中，用酸或者堿調節混合溶液的PH值，加熱攪拌，使之生成透明的正硅酸乙酯溶膠.

第二步：將長余輝發光粉SrAl2O4：Eu2+，Dy3+浸入正硅酸乙酯溶膠中，待發光粉膨脹疏松，正硅酸乙酯成為凝膠時，停止加熱。

第三步：把包覆好的混合物過濾放在烘干箱烘干。

第四步：經清洗干燥后得到用SiO2包覆好的SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長余輝發光粉.

第五步：將包覆好的SrAl2O4：Eu2+，Dy3+與正負帶電粒子混合進行乳化聚合成成微囊膜顆粒，將微囊顆粒與適合印刷的載體均勻混合，形成漿狀物，混合的載體可以為UV膠，熱膠或水膠。

第六步：以印刷的方式將漿狀物涂步在膜材上，便制成長余輝發光粉SrAl2O4：Eu2+，Dy3+混合的EPD膜。

通過上述方法可以得到具有低功耗、可折疊彎曲、畫面顯示細膩、可視角寬、與數字化信息技術緊密結合、信息容量大、可循環多次使用、不需要電源或低耗電的、能夠顯示與周圍環境相一致的智能化的電子紙型消防安全標志，以滿足臨時建筑、特殊建筑的要求，適用于現代建筑，確保人民的生命安全。

4 結語

電子紙型消防安全標志具有安裝便捷、易彎曲、發光效果好、畫面顯示細膩、可視角寬、與數字化信息技術緊密結合、信息容量大、可循環多次使用等特點，能夠應對并滿足現代建筑規模化、高層化、復雜化以及臨時建筑、特殊建筑的生命安全防災體系的要求，在火災發生后能夠有效并主動及時地指引正確的逃生方向，最大限度地減少人員傷亡，盡管目前還沒有開發，但其具有潛在的應用價值。

參考文獻

[1] 李路海，張淑芬，楊錦宗，等.電子紙顯示器技術現狀與發展[J].電子器件，2003，26（2）：148-154.

[2] 田民波.電子顯示[M].北京：清華大學出版社，2001.

[3] 韓金容.電子紙及其應用展望[J].印刷世界，2010（11）：48-49.

[4] 劉應亮，雷炳富，鄺金勇，等.長余輝發光材料研究進展[J].無機化學學報，2007，17（5）：1323-1329.

[5] 李艷琴.Eu～（2+）激活的多色長余輝材料的合成及其發光特性研究[D].蘭州大學，2011.

[6] 李成宇，蘇鏘，邱建榮，等.稀土元素摻雜長余輝發光材料研究的最新進展[J].發光學報，2003，24（1）：19-27.

[7] 張中太，張俊英.無機光致發光材料及應用[M].北京：化學工業出版社，2011.endprint