蓄能發光材料在園林工程中的應用探討

嚴過房，羅偉聰，汪曉麗，黃 勇，董運常

(廣州華苑園林股份有限公司，廣東 廣州 510600)

1 引言

當前國家對節能環保十分重視，大力支持低碳經濟，園林景觀建設也需緊跟步伐，發展節能環保的低碳材料。而蓄能發光材料是一種很好的節能環保材料，它是利用白天或有光照時吸收光能，黑暗時發光的材料，每天都可重復的進行。該材料可用于園林夜色景觀建設，如發光路面、發光墻、發光標設、發光圖案的應用裝飾景觀，為園林景觀添色增彩，是一種低能耗的材料。

2 蓄能發光材料種類特征

蓄能型自發光材料是一種以光的形式發射儲存的能量，所積蓄的能量慢慢發射持續一定的時間，并反復進行。而蓄能發光材料是用稀土元素混合而成的復合材料，稀土元素的發光材料是通過稀土元素的發光中心白天吸收太陽光能量或其它光源的光能，使發光中心的的電子由低能躍迂向高能態，當釋放能量時電子從高能態返回低能態時產生發光，主要以稀土元素為發光中心激活劑。這類復合材料發光中心可直接吸收激發能量，其濃度只需百分之幾，發光中心與基質作用能量較低，從而使發光材料具有高的發光效率[1]。

2.1 硫化物蓄光發光材料系列

主要有黃綠色的ZnS:Cu系列、藍色的CaS：Bi系列、紅色的CaS;Eu系列，屬硫化物蓄光型發光材料，是重要的陰極射線和電致發光的材料。但其余輝初始亮度最高只有40mcd/m左右，在開始的幾分鐘里，余輝亮度急劇下降，有效余輝時較短。

2.2 鋁酸鹽蓄光發光材料系列

主要有藍色的CaAl2O4:Eu,Nb、藍綠色的Sr4A114O25:Eu,Dy、黃綠色的CaAl204:Eu, Dy, 具有長余輝發光性能，發光效率高，發光穩定的特性，是第二代蓄光型發光材料。但耐水性較差，純度要求高，提取成本也比較高。

2.3 硅酸鹽蓄光發光材料系列

硅酸鹽發光材料具有耐水性好，紫外輻照性穩定，發光色多樣，余輝亮度高時間長，主要有銪、鏑激活的焦硅酸鹽藍色材料。Sr2MgSi2O7:Eu,Dy、Ca2MgSi2O7:Eu,Dy硅酸鹽基質長余輝材料中的主要激活劑為Eu2+，其發光顏色仍集中于藍綠光；MgSiO3:Mn,Eu,Dy在Mn, Eu,Dy三元素共摻雜的MgSiO3中觀察到了紅色長余輝現象。但發光性能與鋁酸鹽還有一定的差距。

2.4 有機發光材料

有機發光材料種類繁多，設計相對較靈活，色彩豐富，可以調性好，純度高。從不同的分子結構形式構成，可分為有機小分子發光材料、有機高分子發光材料、有機身配合物發光材料。有機小分發光材料種類比較多，大多帶有共軛雜環及各種生色團，通過烯鍵、苯環等不飽和基團與各生色團改變其共軛長度，使化合物光電性質發生變化。

3 園林工程蓄能發光材料的制備

蓄能自發光材料基質的選擇是通過激活、激活運動、發光3種狀態的需要確定。在基質中摻入適量配比的蓄能中心、敏化中心等元素，使其達到發光效率更高。而以稀土元素為激活劑、敏化劑、摻雜劑的發光材料，具有激活離子壽命長，有長余輝過程，容易摻雜敏化，可制備不同余輝顏色特征的發光體，化學穩定性能好，亮度高，制備工藝簡單，在蓄能發光材料中應用較廣泛。

3.1 發光石制備

選取100目、150目、200目、250目的CaAl204:Eu2+Dy3+稀土長余輝或其它稀土元素長余輝的發光粉，加上硼酸鹽低容點的玻離粉為填充材料，以稀土發光粉為發光中心作為骨料，玻離粉為基體，按設計的配比混合均勻。按設定的溫度和時間進行燒制，燒制完成后進行破碎，獲得發光石。稀土長余輝發光材料采用高溫燒制，應對發光材料、基體材料、成型溫度、發光粉摻量、燒制時間等多種影響因素進行研究[2]。通過試驗獲得結果分析(圖1)，目數越細發光時間越短，隨溫度增加發光時間變短，當增加到800～1000 ℃時直線急劇下降，最后消失，溫度越高對發光材料影響越大。從發光性能及發光石強度綜合考量最佳成型溫度是700～800 ℃ 燒制時間10～12 min.發光粉摻量20%～30%、發光粉粒粗100目為最佳。在夜光粉含量較高的體系中，夜光粉顆粒并不是都可以做為發光體，其中一部分顆粒可能會被周圍的顆粒庶擋，不能有效的吸收光激發和發光[3]。發光粉的摻量應用最適合最經濟的配合比為佳，不是越多就吸光發光效果好，摻量多了反而發光效果不佳，或會導致發光材料的其它性能降低。

圖1 結果分析

3.2 混凝土發光磚的制備。

(1)以水泥混凝土作為底層，在其上面鋪一層發光層，打磨后再在上面涂上一層透明的保護層。發光層是無機與有機混合而成的復合發光材料組成，有發光粉、碳酸鈣、滑石粉、石英砂、無色透光不飽和樹脂、氧化鋁、固化劑及其它外加劑等材料組成，先將上述材料發光粉、碳酸鈣、滑石粉、石英砂、氧化鋁、樹脂按適宜的比例混合，制作成發光樹脂。入模時模具涂抹脫模劑，底層先鋪混凝土，成型后涂粘結層，面層鋪發光樹脂，發光樹脂按一定配比加入固化劑、促進劑等外加劑，快速攪拌30～60 s,入模壓密實，養護成型后，脫模打磨即成發光磚。以水泥為基體材料，利用稀土發光材料、反光材料制備出水泥基發光材料，具有良好的發光特性和力學性能[4]。

(2)利用高分子材料與稀土長余輝發光材料合成一種復合發光纖維材料，形成具有透光性能的發光纖維棒。發光纖維棒棒徑1～3 mm，將發光纖維棒插入細骨料自密性好的混凝土里，密度、圖案根據設計要求進行。用有機高分子原料(如PC原材料)與稀土發光材料混合，混合前先對稀土元素的發光材料進行包覆分散，加入PC原料中混合均勻，不宜用金屬器具拌合，進行共熔擠壓形成發光纖維棒。發光纖維依據發光磚厚度截取長度，長度要比發光磚設計厚度長2～3 cm，方便插入混凝土基體里，把攪拌好的混凝土入模，稍作振搗，垂直插入混凝土的模具里，要穿過整個混凝土磚的厚度，定型后進行養護14 d，或把纖維固定在模具通過混凝土澆筑振密實，完成后養護14 d，拆模打磨成型，此發光磚具有透光發光性能。透光率與光纖的間距呈一定關系，光纖間距越小透光率越高[5]。發光纖維的插入間距應綜合考慮發光磚的力學性和透光發光效果，經驗算獲得最佳光纖間距的發光效果和結構力學性能。

其它蓄能發光材料如蓄能有機發光板、蓄能發光玻璃板、蓄能發光玻璃珠，蓄能發光涂料等。

4 蓄能發光材料在園林工程的應用

4.1 道路導向與警示標志

夜間道路導向發光指示標志，在道路的面層用蓄能發光石或發光磚進行鋪設指示箭線，用發光板制作道路指示牌；河道湖岸沿邊護欄用蓄能發光涂料涂刷，夜晚形成發光護欄。道路邊沿或路沿石用發光磚鋪設，在夜晚發光對交通行走安全起到提示作用，還可添加園林景觀道路夜晚的線型景觀美。

4.2 發光景觀道路

就是利用水泥或樹脂等作為膠結物，對路面進行鋪設基層處理，進行圖案分格條安裝固定，發光石混合料攪拌合料，鋪筑發光石混合料，壓實對發光石路面打磨露骨；發光層應具有耐磨、防滑等性能，通過各種顏色的搭配，可以裝飾出各種形狀和設計圖案，工藝上講求顆粒清晰、圓潤、緊密、分部均勻，圖案線條清晰、流暢，表面平整、無積水，色澤一致。道路鋪貼發光磚作飾面，鋪法與石材鋪裝藝一樣，講求完成面整潔、無污染，縫隙均勻，銜接順暢。晚上路面發不同的光色，各式圖案標志發光，給人一種流光溢彩的感覺，是一道亮麗的夜色景觀風景。

4.3 發光景觀墻

用發光磚或發光涂料等其它發光材料在景觀墻鋪裝，可設計不同的裝飾圖案，通過白天吸收光能，暗時圖案發出不同的光色，可成為一種會發光的景觀墻。

4.4 發光景觀小品

各種園林景觀小品表面通過噴涂發光涂料、鑲嵌發光石、發光玻璃珠來裝飾點綴小品，使園林小品晚上有不一樣的展示。

5 結語

蓄能發光材料是一種環保、節能、亮化的建設材料，可以用于廣場、景觀裝飾，道路亮化或道向，在園林景觀建設中的應用可以產生不一樣的景色，是一種新型環保的園林建設材料。在應用中還存在一些不足的地方，如陰天無法吸收光能或吸收光能偏少，晚上發光亮度達不到景觀設計的亮度要求，基體材料的透光性還需加強。隨著科技研究的發展，蓄能發光材料是園林節能環保的新型材料，勢必在園林景觀建設中廣泛應用，既豐富園林建設材料，又可增添園林景觀，將在園林生態節能環保的建設發揮更大作用。