摘 要：蓄光型自发光材料主动吸蓄太阳光、灯光、紫外光、杂散光等可见光5～10分钟后，就可在黑暗中持续发光12小时以上，并可根据实际需要，使其发出红、绿、蓝、黄、紫等多种彩色光。本文介绍了蓄光型自发光材料的种类、发光原理、性能指标以及在公路交通标志中的应用。
关键词：蓄光型；自发光材料；高速公路；交通标志。
蓄光型自发光材料又称为光致光超长余辉蓄光材料、非放射性蓄光材料、无电源自发光材料等。该材料主动吸蓄太阳光、灯光、紫外光、杂散光等可见光5～10分钟后，就可在黑暗中持续发光12小时以上，并可根据实际需要，使其发出红、绿、蓝、黄、紫等多种彩色光。目前，蓄光型自发光材料制品有发光涂料油漆、发光油墨、发光釉料、发光塑料、发光橡胶、发光皮革、发光玻璃、发光陶瓷、发光装饰石、发光铝塑复合板、发光工艺品等。由于其特有的高亮度、快吸光、长蓄光、化学稳定性好及耐候性强等优良理化性能，使其广泛应用于建筑装饰、交通运输、消防安全、电子通信、电力电器、仪器仪表、石油化工、地铁隧道、印刷印染、广吉牌匾、珠宝首饰等各个领域，是21世纪极有发展前途装饰发光材料。
一、蓄光型自发光材料的种类
（一）硫化物系列蓄光型自发光材料
硫化物系列蓄光型自发光材料主要包括硫化锌、硫化锌镉、硫化锶、硫化钡、硫化钙等。同时也是重要的阴极射线、电致发光的实用性发光材料。硫化物系列蓄光型自发光材料目前依旧有实用价值的材料有：发光颜色为黄绿色的ZnS:Cu系列，发光颜色为蓝色的CaS:Bi系列，发光颜色为红色的CaS:Eu系列。
（二）铝酸盐体系蓄光型自发光材料
铝酸盐体系蓄光型自发光材料具有发光效率高，化学稳定性好的特点。目前达到实用化程度的材料有：发光颜色为蓝紫色的CaAl2O4:Eu,Nb，发光颜色为蓝绿色的Sr4Al14O25:Eu,Dy，发光颜色为黄绿色的SrAl2O4:Eu,Dy，它们都有优异的长余辉发光性能，被人们誉为第二代蓄光型自发光材料，是蓄光型自发光材料发展的一个里程碑。
（三）硅酸盐体系蓄光型自发光材料
我国根据铝酸盐体系蓄光型自发光材料尚存在耐水性稍差，发光色较单一，对原材料纯度要求高，生产成本高等缺点，开展了硅酸盐体系蓄光型自发光材料研究，成功研制出数种耐水性好、紫外辐照性稳定、发光色多样、余辉亮度较高、余辉时间较长的硅酸盐体系蓄光型自发光材料，将蓄光型自发光材料的研究推向一个新的时代。目前研制的铕、镝激活的焦硅酸盐蓝色材料，其发光性能也优于铕、钕激活的铝酸盐蓝色发光材料。但总体来说，硅酸盐体系的发光性能尚未达到铝酸盐体系的水平，已达到应用水平的只有焦硅酸盐体系，含镁的正硅酸盐性能还未能得到应用，进一步提高硅酸盐体系的发光性能，还需做更深入的工作。
二、蓄光型自发光材料发光原理
蓄光型自发光材料是一类吸收了激发光能并储存起来，光激发停止后，再把储存的能量以光的形式慢慢释放出来，并可持续几个甚至十几个小时的发光材料。这种吸收光-储存-再发光，并可无限重复的过程和蓄电池的充电-放电-再充电-再放电的反复重复是相似的，所以称为蓄光型自发光材料。
发光材料在合成过程中所形成的晶体的晶格里产生了结构缺陷和杂志缺陷才具有发光性能。结构缺陷是晶格点间产生空位和离子，也称晶格缺陷。由材料的晶格缺陷引起的发光叫做自激活发光。
在基质材料中加入某种元素，高温合成过程中，加入元素的离子掺入到基质晶格形成了杂质缺陷。由这种缺陷引起的发光叫做激活发光。加入的元素叫激活剂，也叫做发光中心。得到实际应用的各类发光材料大多是激活剂型发光材料。
对于光致发光材料而言，激发材料的紫外光能量可以被基质吸收（也称本征吸收）。基质吸收能量，其发光可直接由价带电子和空穴的复合产生，也可通过由晶格缺陷或杂质缺陷所形成的发光中心来产生。这种类型的发光材料被称为“复合型”发光材料。硫化物系列是这类发光材料的代表。它们是半导体型化合物，基质晶格是产生发光过程的介质。改变基质组分，即使采用同一激活剂，也可在很宽的波长范围内，有规律的改变发光光谱的组成。这类发光材料被紫外光激发时，首先是基质吸收能量，再把能量传递给发光中心而产生发光，因此，在吸收能量、传递能量、发光的过程中，复合型发光材料损耗较大，能量发光效率是较低的。
紫外光能量在激发材料时，也可以直接被发光中心吸收，吸收能量后，发光中心的电子由低能态跃迂向高能态，当电子从高能态返回低能态时产生发光。发光只和发光中心的电子跃迂有关的材料叫做“特征型”发光材料。以含氧化合物为基质的发光材料如硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐等都属于特征型发光材料。用作激活剂以形成发光中心的元素主要是过渡族稀土元素。这类材料发光过程较复合型材料简单，发光中心直接吸收激发能量，其浓度也只达到百分之几，中心和基质间相互作用能量较低，从而使这类材料具有高的发光效率。
硫化物系列和铝酸盐体系发光材料具有的蓄光性能是和这些材料中存在不同深度的陷阱能级有关。紫外光激发时，有一定能量深度的陷阱能级从激发态捕获了足够的电子，并储存起来。紫外光停止激发后，储存在陷阱能级的电子，在室温的热扰动下，逐渐被释放出，释放出的电子再跃迂到激发态，电子从激发态返回基态时产生长余辉发光。
三、蓄光型自发光材料的性能指标
目前，国内外能生产的产品其体色基本为淡黄色，在200-450nm的光激发后，呈现黄绿色的光，发射光主峰约520nm，起始亮度一般在1000mcd/m2左右，余辉约12小时左右。国内生产的蓄光型自发光材料的性能指标如下：
（一）表现：浅黄色粉末(平均粒度10-65μm分档)。
（二）发光颜色：黄绿色。
（三）发光主峰波长：520nm。
（四）激发光波长范围：200-450nm。
（五）余辉亮度：起始亮度>2000mcd/m2；10分钟>200mcd/m2；60分钟>50mcd/m2；120分钟>20mcd/m2。
（六）余辉时间：大于12小时(黑暗中人眼可辩认的亮度阈值为0.32mcd/m2)。
四、蓄光型自发光材料在公路交通标志中的应用
道路交通标志是用图形符号、文字向驾驶人员及行人传递法定信息，用以管制、警告及引导交通的安全设施，它在现代公路交通管理中发挥着重要作用。实践证明，合理设置公路交通标志，可以平缓交通、提高公路通行能力、减少交通事故、防止交通堵塞、节约能源、降低公害、美化路容。
自从〈道路交通标志和标线〉标准实施以来，我国公路建设有了飞速发展，到2006年底，我国高速公路通车里程已达4.54万公里，对交通标志和标线的技术有了更高的要求。以蓄光型自发光材料制成的标志，可广泛应用于道路警告标志、禁令标志、指示标志、旅游区标志、道路施工安全标志及设施、可变信息标志，人们在黑暗、多雾、天气恶劣的天气中能够清楚的辨认出，降低交通事故的发生率，使公路交通的引导更便利、周到。
蓄光型自发光材料是一种智能化节能的发光材料，它不用电，不用复杂的设备，不发热、不会造成火灾，利用白天的阳光和夜晚的灯光蓄光；黑夜自动发光，完全不用人工操作。
芬兰有一种夜光公路，是用发光水泥建造的，这种水泥利用白天的阳光及夜间灯光存储一定能量。夜晚发出光来，显示出道路的各种标志，划分车道和区分路段，便于夜间行车，减少夜间行车的事故。利用蓄光型自发光材料制成的发光水泥可直接利用阳光和来往车灯的光照储藏能量，夜间就会闪闪发光，构成夜光公路，给公路夜景增光添彩，方便了夜行车辆，有利交通安全。
参考文献
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- 苑金生，国外性能各异的新颖水泥，新世纪水泥导报，2001（2）：48。
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- 陈云生，新型无公害蓄光型夜光材料， 2005-8-4.
- 佚 名, 夜光粉!夜光发光材料, 2007-3-8.
作者简介：苑国良，男，助理工程师，大学本科，单位：保定市交通局征稽处。
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