苯酞隐色体夜光纤维的制备及性能研究

发布时间：2020-06-19 03:30

【摘要】：稀土夜光纤维是将稀土长余辉发光材料(稀土发光材料)共混入成纤高聚物中,通过纺丝工艺加工而成的功能纤维。稀土夜光纤维在受到紫外或可见光激发后可以将光能贮存并在黑暗中持续释放。由于其具有高效蓄能、长余辉和无放射性等优点,被广泛应用于各类功能服饰及纺织品中。苯酞隐色体是具有苯酞结构,可以通过打开或关闭内酯环而改变分子共轭度,在可见光波段产生不同吸收率的隐色体染料。本课题将苯酞隐色体引入稀土夜光纤维中,发现苯酞隐色体在变换分子结构的同时会与稀土发光材料的发射光产生协同作用,进而改变夜光纤维的发光性能。本课题总结了苯酞隐色体转换夜光纤维光色的规律,分析了苯酞隐色体影响夜光纤维发射光谱的机理。制备出了发光性能可随温度变化而变化的苯酞隐色体夜光纤维,丰富了夜光纤维的品种,拓展了夜光纤维在热敏传感领域的应用。主要研究工作和成果如下:(1)采用高温固相法制备了Sr_2ZnSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+),SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)和Y_2O_2S:Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)三种稀土发光材料。这三种材料是在蓝、绿和红三原色波段发光性能较好的稀土发光材料。本课题选取聚丙烯腈作为成纤高聚物,通过湿法纺丝制备出三元共混的夜光纤维。使用荧光光谱仪等仪器对夜光纤维的光学性能进行了表征,研究了三元共混夜光纤维发射光谱的特性。通过研究发现:将稀土发光材料多元共混入成纤高聚物中可以制备出复色光发射的夜光纤维,通过调配三种稀土发光材料的比例可以制备出发射白色光的夜光纤维。(2)在夜光纤维中加入苯酞隐色体,制备了几种苯酞隐色体夜光纤维。得出结论:将苯酞隐色体加入夜光纤维,不会破坏稀土发光材料的物相结构。苯酞隐色体与稀土发光材料各组分间独立性良好,保证了稀土发光材料的发光性能和苯酞隐色体的热致变色性能。同时验证了湿法纺丝工艺的可行性,为进一步分析苯酞隐色体对夜光纤维发射光谱和发射光色的影响提供了工艺支持。(3)深入研究了苯酞隐色体对夜光纤维发射光谱的影响,分析了苯酞隐色体转换夜光纤维发射光色的影响规律,得出结论:当稀土发光材料的发射光谱与醌式结构苯酞隐色体吸收光谱重叠时,苯酞隐色体会把稀土发光材料的发射光屏蔽在纤维内,在苯酞隐色体变为内酯结构后释放稀土发光材料的光能。由此可见,当苯酞隐色体在纤维内变换结构时,会与夜光纤维的发射光波发生协同效应。(4)通过对苯酞隐色体的可见光吸收率和夜光纤维的发射光谱进行研究后发现,吸收部分可见光的苯酞隐色体对稀土发光材料的发射光有选择吸收性。在醌式结构时,苯酞隐色体会吸收纤维内某种稀土发光材料的发射光,而释放其它光能。在变换为内酯结构后释放全部光能,从而实现转换夜光纤维光色的效果。通过对苯酞隐色体夜光纤维的光色测定及实际测试,结果表明苯酞隐色体夜光纤维光色转换现象清晰可见,具有实际应用价值。(5)对苯酞隐色体夜光纤维的稳定性及应用可靠性进行了研究。结果表明:苯酞隐色体夜光纤维在200℃以下可以保持稳定,不会热裂解。苯酞隐色体夜光纤维具有较好的耐热性、耐光性和耐水性,具有一定的耐酸碱性。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34
【图文】：

模型图,长余辉发光材料,电子陷阱,稀土

射峰位于 470 nm[45]。而主发射峰位于 626 nm 的 Y2O2S: Eu3+, M段发光性能最好的材料[46,47]。稀土长余辉发光材料无毒无害，吸-放光能，作为一种绿色环保型材料被广泛的应用于应急照明等各个领域。长余辉发光材料的发光机理子在稀土发光材料基质中发光，是经过光激发后吸收了光子的能最后进行辐射跃迁的过程。稀土长余辉发光材料受到光激发会有离子在稀土长余辉发光材料中作为激活剂，在受到光照射时会层电子能量升高、运动状态更为剧烈，从而跃迁至激发态。处于所以其会跃迁回基态，并在跃迁时以光的形式释放储存的能量的能量，通过一定的相互作用传递给发光中心使其受到激发，发发到激发态随后通过跃迁回到基态并实现发光；3）激发能量被过电子相互作用传递给发光中心离子使其受到激发，发光中心经发光，此过程被称为敏化发光[48]。

空穴,电子,陷阱

第一章绪论材料均使用稀土离子作为激活剂或共激活剂。对于稀土长余辉发解释有很多种，其中有三种理论模型最为常见，它们分别是：电子型和位形坐标模型[49 52]。给出了稀土长余辉发光材料的电子陷阱能级模型和长余辉机理分发光材料中的电子受到激发后会有 4 个过程发生：在电子收到紫基态跃迁到激发态（过程 1），稀土离子外层的电子一旦被激发物质的低能趋向性，该物质会非常容易弛豫到接近激发态的低能在电子返回基态时将伴随有荧光发射（过程 2），所以荧光现象光后，电子将停止跃迁，荧光也随即消失。由于稀土元素电子层土长余辉发光材料的晶格中引入陷阱能级，当电子进入激发态后程 3），无法即时返回基态而被困在陷阱中，当陷阱中的电子浓电子将从陷阱中逃逸，返回基态（过程 4）。当移除激发光后，阱中的电子会持续逃逸，直到陷阱中电子的能量低于 E（陷阱停止放射余辉。在有激发光存在的条件下，过程 2 与步骤 4 是光后，过程 2 会随即停止，但是过程 4 将持续进行到电子无法

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