蓄能清洁人造石产品的研制

2019-09-13

王育华

能源消耗不断增加,是近年来人类面临的棘手问题之一。为了解决这一问题,人们积极开发新的可替代能源,但一项新能源的研究升发、产业化应用需要漫长的时问。在攻关新能源的过程中,增加现有能源的储备和有效利用率,便成为当下缓解能源紧缺问题的有效途径。长余辉发光材料,就是在这种情况下越来越受到重视。

长余辉发光(Long PersistentLumlnescence,LPL)材料,俗称夜光粉或长余辉粉,是一种新型的节能功能材料。它的发光原理属光致发光,在受到光源激发时可以有效地将部分能量储存起来。当激发停止后,再在热扰动下将能量以光的形式缓慢释放出来。

长余辉发光材料这一特性应用空间非常广泛,比如它可用于太阳能转换和利用。白灭把太阳能储存起来,晚上再慢慢释放,可实现光一光转换。曰前,长余辉发光材料已被广泛应用于发光涂料、指示灯、建筑物、陶瓷制品、防伪、信息存储、生物标记等各个领域中。

早期传统的长余辉发光材料主要集中在硫化锌(ZnS)、硫化钙(CaS)等,其优点是发光颜色丰富,可覆盖从蓝色到红色的发光区域,但是稳定性差、空气中易分解、余辉初始亮度低、余辉时间短,这些缺点严重限制了其广泛应用。

经过人们长期的探索研究发现,碱土铝酸盐长余辉发光材料具有很多优良特性,不仅发光强度高、蓄光能力强,而且化学稳定性高、余辉时间长、无毒、价格便宜。但碱土铝酸盐长余辉发光材料同样存在缺点,即耐水性差、发光颜色不丰富等等。

针对这些问题,我们课题组根据材料结构优化及缺陷分布调控理论,经过长时间的研究实验,攻克了多色长余辉发光材料及长波长长余辉发光材料的缺乏及长余辉机理等瓶颈问题,开发出了一系列化学稳定性良好、长余辉发光颜色丰富的磷酸盐、硼酸盐及硅酸盐长余辉发光材料。

其中,磷酸盐材料Ca6BaP4017;Eu2+,Ho3+”的余辉颜色为罕见的黄色,余辉初始亮度可达到0.13cd/m2,余辉衰减时问超过47h;硼酸盐材料Ca2BO3Cl;Eu2+,Dy3+的余辉颜色为黄色,余辉峰值位于580nm,在5h的充能后,余辉初始亮度可达到0.2cd/m2,余辉衰减时问超过48h;硅酸盐材料BaZrSi309;Eu2+,Pr3+的余辉颜色为青色,余辉峰值位于478nm,余辉初始亮度可达到0.24cd/m2,余辉衰减时间近l5h。

系列性能优异的长余辉发光材料的成功研发,丰富了长余辉发光材料“家族”,弥补了长波长长余辉发光材料的匮乏,具有重大科学研究意义和商业应用价值。

在此之后,我们研究拓展了长余辉发光材料的实际应用范同。既然长余辉发光材料具有蓄光且能发射出一定波长光的特性,那我们是不是可以利用长余辉发光材料夜间持续自发光激发全波段响应的光催化材料,从而在黑暗无光的条件下,实现污水治理、空气净化、抗菌杀菌等目的?

遵循这一思路,我们课题组将自主研发的紫外—可见光—近红外响应的光催化材料Ti02和蓝色长余辉发光材料CaAl204;Eu2+,Nd3+进行了复合,实现了在黑暗中持续对NO以及乙醛气体的光催化降解。同时,利用自主研发的具有特殊形貌的磷酸银高效可见光催化剂与Sr3Al14025;Eu2+,Dy3+长余辉发光材料协同作用,在黑暗中对罗丹明B染料溶剂实现了有效的光催化降解。

基于以上工作基础,我们课题组与上海荣富新型材料有限公司进行产学研合作,研制成功了一种新型人造石英石材料。这一材料不需要加热固化、不需要压制成型、有较高的成品率和相对较低的成本,同时具有蓄能储能、清洁抗菌、应急照明等作用,已经获得中国发明专利授权(专利号:ZL200910009779.2及ZL200910173014.2)。

目前这一产品,已在建筑材料、工艺品、弱光照明等领域实现了广泛应用,蓄能作用显着,抗菌功能良好,具备良好的社会效益和经济效益。

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