苯酞隐色体夜光纤维的制备及性能研究

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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Sr2ZnSi2O7:Eu2+,Dy3+,SrAl2O4:Eu2+,Dy3+和Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+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。
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