彩色与彩色光稀土夜光纤维的开发及应用

摘要：彩色与彩色光稀土夜光纤维是经过特种纺丝工艺制成的具有夜光性蓄光型夜光纤维，系高科技功能纤维。该纤维在受光时捕集激发态电子，光照停止后进行持续的发光跃迁。该纤维只要吸收任何可见光10min，便能将光能蓄贮于纤维之中，在黑暗状态下持续发光10h以上，且可无限次循环使用。夜光纤维可广泛应用于建筑装璜、交通运输、航空航海、夜间作业、消防应急、日常生活及娱乐服装等领域。

关键词：彩色光；稀土；夜光纤维；性能；应用
　　

　　1概况
　　彩色与彩色光稀土夜光纤维是一种新型高科技功能纤维，江南大学与无锡宏源化纤实验厂合作，从2000年5月起至2002年12月，对稀土铝酸盐夜光丝进行了研制。先后投入350万元，经过实验室实验、小样试制、中试，终于研制成功，并投入工业化生产。该夜光丝经上海市辐射环境监理所、无锡市纤维检验所等检测，符合服用纤维使用要求，该夜光丝已申请专利（专利申请号：02112859.6）。此项目于2002年11月通过了江苏省科技厅科技成果鉴定和江苏省经贸委新产品鉴定，这是我国具有自主知识产权的新技术，填补了国内空白，技术与成果水平处于国内领先地位。2002年12月获得无锡市产业集团公司“四新”项目一等奖。
　　稀土夜光纤维是指利用稀土材料为发光体，经过特种纺丝工艺制成的具有夜光性蓄光型夜光纤维。该纤维在受光时捕集激发态电子，在光照停止后进行持续的发光跃迁。该纤维只要吸收任何可见光10min，便能将光能蓄贮于纤维之中，在黑暗状态下持续发光10h以上，且可无限次循环使用。
　　其彩色是指在有可见光的条件下，该纤维具有的各种色彩，如红色、黄色、蓝色、绿色等。彩色光是指在没有可见光的条件下，该纤维本身发出的各种色彩的光，如红光、黄光、蓝光、绿光等。
　　特别强调的是，蓄光型彩色夜光纤维不仅色光绚丽多彩，而且最终产品可以无需染色，不仅避免了染料对纤维发光性能的影响，同时也避免了染整工序产生的废水对环境的严重污染。该纤维可广泛应用于航空航海、国防工业、建筑装璜、交通运输、夜间作业、日常生活及娱乐服装等领域。另外值得一提的是，本项目研制的蓄光型彩色夜光材料不仅可以用于纺织，而且还有很多其它的用途，人们可以以它为载体，大量应用太阳光这个清洁、无公害、符合可持续性发展要求的能源。
　　2夜光纤维的性能
　　2.1夜光纤维的发光原理
　　彩色与彩色光稀土夜光纤维在没有可见光的条件下的发光原理是：稀土元素具有丰富的电子能级，其原子的电子构型中存在4f轨道，可以产生多种能级的跃迁，当可见光照射稀土离子时，电子从基态或下能级跃迁至上能级发生光的吸收，将光能储存于纤维之中。没有可见光时，电子从激发态上能级跃迁至下能级或基态产生光的发射，将储存于纤维之中的能量放出（如图1所示）

　　彩色与彩色光稀土夜光纤维在没有可见光条件下呈现彩色光的原理是：由于稀土元素含有未充满的4f壳层和4f电子被外层的5S2、5P6电子屏蔽的特性，在可见光区有类线性的吸收光谱和发射光谱及复杂的谱线，稀土离子跃迁能级间的能量差不同，因而发出不同颜色的光。例如，Y2O2S中的EU3+从5D0跃迁到7F1时产生橙色光，从5D0跃迁到7F2时产生红色光。
　　彩色与彩色光稀土夜光纤维在有可见光的条件下呈现彩色的原理是：利用光色合成原理将三元色（红、黄、蓝）色光进行一定方式的组合，形成色泽丰富、绚丽多彩的纤维。
　　在黑暗中能发出各色荧光的物质称为夜光材料。夜光材料分为自发光型和蓄光型两种。自发光型夜光材料的基本成分为放射性材料，不需要从外部吸收能量，无论黑夜或白天都可持续发光。但是因为含有放射性物质，不符合环境保护的要求，所以在使用时受到比较大的限制，废弃后的处理也是一大问题。本项目的蓄光型多色夜光纤维不仅具有发光功能，而且无毒、无害、无辐射，它的生产与使用不会对环境产生危害，具有较高的学术水平和科技含量，符合环保要求。
　　2.2夜光纤维的发光性能
　　该纤维只要吸收任何可见光10min，便能将光能蓄贮于纤维之中，在黑暗状态下持续发光10h以上，且可无限次循环使用。其光的颜色有红光、绿光、黄光、蓝光等，光的亮度也有多种。其发光亮度随时间的变化规律如图2所示。

　　2.3夜光纤维的服用性能
　　夜光纤维制成的纺织品在白天与普通纤维具有完全一样的使用性能，不会使人感到有任何特异之处。更重要的是，它的发光成分已经分散于纤维分子之中，发光特性不会受水洗的任何影响。图3所示为针织T恤在黑暗中的效果图，该T恤由白色夜光纤维制成。

　　3应用领域
　　夜光纤维可广泛应用于建筑装璜、交通运输、航空航海、夜间作业、消防应急、日常生活及娱乐服装等领域。例如，最近国际海事局作出规定，凡在远洋轮上工作的人员的服装均必须要有夜光标记。近年来时常发生中小学生在来往学校的途中，由于光线较弱而出现交通事故的现象，如果采用夜光纤维在服装上制成标记，可大大提高其交通安全性。在夜间军事训练的降落伞上使用夜光
　　织物，就可以使训练人员更安全。在漆黑的地下矿井中，发光服装便于矿工们相互联络，即使遭遇事故，也便于救援人员及时发现受困的矿工。在制造消防设施、器材时，添加一定面积的夜光纤维，在火灾时不管浓烟滚滚还是比较黑暗，我们都可以马上看到消防人员和消防器材，迅速作出反应，达到自救和被救的目的。在夜间行驶时，夜光纤维制成的标记物可以给驾驶员发出提示信号，避免交通事故。电影开映后由于影院中一片漆黑，给寻找座位带来不便，特别是影院中（或者发生火警断电的高层建筑里）万一发生事故，后果更加严重，用夜光纤维做成的引导标记和夜光服装不仅可以引导寻找座位，还可以使人们在发生危险时有秩序地脱离险地，以免发生相互踩踏致伤的现象。在舞台上的表演者，穿上这种发光服装，五光十色的灯光照在身上，使发光服装能充分吸收各种光，然后舞台上所有的灯光突然消失，只有表演者的服装仍在发光，这样就造就了一种特殊的舞台效果。在家居用品方面，采用这种夜光纤维可以做发光窗帘、
　　拖鞋，即使在暗处仍然十分明显，便于夜间活动。在玩具制作方面，可以制作发光毛绒玩具，吸引儿童的目光。目前，国内市场尚未出现此类产品，具有新颖性。投放市场后，由于其特殊的性能及广泛的应用范围，一定会得到迅速的推广应用。
　　4结束语
　　新型稀土铝酸盐夜光材料与其它高能见度材料相比，具有余辉时间长、亮度高、无毒、无害、无放射性、对环境和人体绝对安全的特点。首次将稀土铝酸盐夜光材料应用于夜光纤维，使纺织品具有发光的特性。可广泛应用于建筑装璜、交通运输、航空航海、夜间作业、消防应急、日常生活及娱乐服装等领域。
　　该产品具有较高的学术水平和科技含量，属于纺织工业的上游产品，它不仅有利于提高化纤企业的经济效益和综合能力，促进国内化纤产品参与国际竞争，增加出口创汇能力，而且为其后道的纺织、针织、服装等企业的新产品开发与经济增长提供契机，对纺织产业整体结构升级和推动行业技术进步起到明显的促进作用，获得良好的经济和社会效益.