彩色與彩色光稀土夜光纖維的開發及應用

摘要：彩色與彩色光稀土夜光纖維是經過特種紡絲工藝制成的具有夜光性蓄光型夜光纖維，系高科技功能纖維。該纖維在受光時捕集激發態電子，光照停止后進行持續的發光躍遷。該纖維只要吸收任何可見光10min，便能將光能蓄貯于纖維之中，在黑暗狀態下持續發光10h以上，且可無限次循環使用。夜光纖維可廣泛應用于建筑裝璜、交通運輸、航空航海、夜間作業、消防應急、日常生活及娛樂服裝等領域。

關鍵詞：彩色光；稀土；夜光纖維；性能；應用
　　

　　1概況
　　彩色與彩色光稀土夜光纖維是一種新型高科技功能纖維，江南大學與無錫宏源化纖實驗廠合作，從2000年5月起至2002年12月，對稀土鋁酸鹽夜光絲進行了研制。先后投入350萬元，經過實驗室實驗、小樣試制、中試，終于研制成功，并投入工業化生產。該夜光絲經上海市輻射環境監理所、無錫市纖維檢驗所等檢測，符合服用纖維使用要求，該夜光絲已申請專利（專利申請號：02112859.6）。此項目于2002年11月通過了江蘇省科技廳科技成果鑒定和江蘇省經貿委新產品鑒定，這是我國具有自主知識產權的新技術，填補了國內空白，技術與成果水平處于國內領先地位。2002年12月獲得無錫市產業集團公司“四新”項目一等獎。
　　稀土夜光纖維是指利用稀土材料為發光體，經過特種紡絲工藝制成的具有夜光性蓄光型夜光纖維。該纖維在受光時捕集激發態電子，在光照停止后進行持續的發光躍遷。該纖維只要吸收任何可見光10min，便能將光能蓄貯于纖維之中，在黑暗狀態下持續發光10h以上，且可無限次循環使用。
　　其彩色是指在有可見光的條件下，該纖維具有的各種色彩，如紅色、黃色、藍色、綠色等。彩色光是指在沒有可見光的條件下，該纖維本身發出的各種色彩的光，如紅光、黃光、藍光、綠光等。
　　特別強調的是，蓄光型彩色夜光纖維不僅色光絢麗多彩，而且最終產品可以無需染色，不僅避免了染料對纖維發光性能的影響，同時也避免了染整工序產生的廢水對環境的嚴重污染。該纖維可廣泛應用于航空航海、國防工業、建筑裝璜、交通運輸、夜間作業、日常生活及娛樂服裝等領域。另外值得一提的是，本項目研制的蓄光型彩色夜光材料不僅可以用于紡織，而且還有很多其它的用途，人們可以以它為載體，大量應用太陽光這個清潔、無公害、符合可持續性發展要求的能源。
　　2夜光纖維的性能
　　2.1夜光纖維的發光原理
　　彩色與彩色光稀土夜光纖維在沒有可見光的條件下的發光原理是：稀土元素具有豐富的電子能級，其原子的電子構型中存在4f軌道，可以產生多種能級的躍遷，當可見光照射稀土離子時，電子從基態或下能級躍遷至上能級發生光的吸收，將光能儲存于纖維之中。沒有可見光時，電子從激發態上能級躍遷至下能級或基態產生光的發射，將儲存于纖維之中的能量放出（如圖1所示）

　　彩色與彩色光稀土夜光纖維在沒有可見光條件下呈現彩色光的原理是：由于稀土元素含有未充滿的4f殼層和4f電子被外層的5S2、5P6電子屏蔽的特性，在可見光區有類線性的吸收光譜和發射光譜及復雜的譜線，稀土離子躍遷能級間的能量差不同，因而發出不同顏色的光。例如，Y2O2S中的EU3+從5D0躍遷到7F1時產生橙色光，從5D0躍遷到7F2時產生紅色光。
　　彩色與彩色光稀土夜光纖維在有可見光的條件下呈現彩色的原理是：利用光色合成原理將三元色（紅、黃、藍）色光進行一定方式的組合，形成色澤豐富、絢麗多彩的纖維。
　　在黑暗中能發出各色熒光的物質稱為夜光材料。夜光材料分為自發光型和蓄光型兩種。自發光型夜光材料的基本成分為放射性材料，不需要從外部吸收能量，無論黑夜或白天都可持續發光。但是因為含有放射性物質，不符合環境保護的要求，所以在使用時受到比較大的限制，廢棄后的處理也是一大問題。本項目的蓄光型多色夜光纖維不僅具有發光功能，而且無毒、無害、無輻射，它的生產與使用不會對環境產生危害，具有較高的學術水平和科技含量，符合環保要求。
　　2.2夜光纖維的發光性能
　　該纖維只要吸收任何可見光10min，便能將光能蓄貯于纖維之中，在黑暗狀態下持續發光10h以上，且可無限次循環使用。其光的顏色有紅光、綠光、黃光、藍光等，光的亮度也有多種。其發光亮度隨時間的變化規律如圖2所示。

　　2.3夜光纖維的服用性能
　　夜光纖維制成的紡織品在白天與普通纖維具有完全一樣的使用性能，不會使人感到有任何特異之處。更重要的是，它的發光成分已經分散于纖維分子之中，發光特性不會受水洗的任何影響。圖3所示為針織T恤在黑暗中的效果圖，該T恤由白色夜光纖維制成。

　　3應用領域
　　夜光纖維可廣泛應用于建筑裝璜、交通運輸、航空航海、夜間作業、消防應急、日常生活及娛樂服裝等領域。例如，最近國際海事局作出規定，凡在遠洋輪上工作的人員的服裝均必須要有夜光標記。近年來時常發生中小學生在來往學校的途中，由于光線較弱而出現交通事故的現象，如果采用夜光纖維在服裝上制成標記，可大大提高其交通安全性。在夜間軍事訓練的降落傘上使用夜光
　　織物，就可以使訓練人員更安全。在漆黑的地下礦井中，發光服裝便于礦工們相互聯絡，即使遭遇事故，也便于救援人員及時發現受困的礦工。在制造消防設施、器材時，添加一定面積的夜光纖維，在火災時不管濃煙滾滾還是比較黑暗，我們都可以馬上看到消防人員和消防器材，迅速作出反應，達到自救和被救的目的。在夜間行駛時，夜光纖維制成的標記物可以給駕駛員發出提示信號，避免交通事故。電影開映后由于影院中一片漆黑，給尋找座位帶來不便，特別是影院中（或者發生火警斷電的高層建筑里）萬一發生事故，后果更加嚴重，用夜光纖維做成的引導標記和夜光服裝不僅可以引導尋找座位，還可以使人們在發生危險時有秩序地脫離險地，以免發生相互踩踏致傷的現象。在舞臺上的表演者，穿上這種發光服裝，五光十色的燈光照在身上，使發光服裝能充分吸收各種光，然后舞臺上所有的燈光突然消失，只有表演者的服裝仍在發光，這樣就造就了一種特殊的舞臺效果。在家居用品方面，采用這種夜光纖維可以做發光窗簾、
　　拖鞋，即使在暗處仍然十分明顯，便于夜間活動。在玩具制作方面，可以制作發光毛絨玩具，吸引兒童的目光。目前，國內市場尚未出現此類產品，具有新穎性。投放市場后，由于其特殊的性能及廣泛的應用范圍，一定會得到迅速的推廣應用。
　　4結束語
　　新型稀土鋁酸鹽夜光材料與其它高能見度材料相比，具有余輝時間長、亮度高、無毒、無害、無放射性、對環境和人體絕對安全的特點。首次將稀土鋁酸鹽夜光材料應用于夜光纖維，使紡織品具有發光的特性。可廣泛應用于建筑裝璜、交通運輸、航空航海、夜間作業、消防應急、日常生活及娛樂服裝等領域。
　　該產品具有較高的學術水平和科技含量，屬于紡織工業的上游產品，它不僅有利于提高化纖企業的經濟效益和綜合能力，促進國內化纖產品參與國際競爭，增加出口創匯能力，而且為其后道的紡織、針織、服裝等企業的新產品開發與經濟增長提供契機，對紡織產業整體結構升級和推動行業技術進步起到明顯的促進作用，獲得良好的經濟和社會效益.