稀土夜光粉的光色特性及其在服飾圖案中的應(yīng)用

張技術(shù)，張英姿，張馨尹

(常熟理工學(xué)院 藝術(shù)與紡織服裝工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500)

人類(lèi)生存環(huán)境的日益惡化和自然界能源的日益匱乏喚起了人們綠色消費(fèi)、綠色設(shè)計(jì)等環(huán)保意識(shí)，功能性環(huán)保新材料在藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已成為設(shè)計(jì)師和消費(fèi)者共同關(guān)注的課題[1]。

稀土夜光材料是一種無(wú)放射性、對(duì)環(huán)境和人體無(wú)害的蓄能型環(huán)保材料，只要吸收可見(jiàn)光10 min，便能在黑暗狀態(tài)下持續(xù)發(fā)光10 h以上(不低于3 mcd/m2)。該材料具有激發(fā)時(shí)間短、余輝時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)光色彩豐富、發(fā)光亮度高、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)[2]，蘊(yùn)藏著很高的藝術(shù)設(shè)計(jì)價(jià)值，已經(jīng)在裝飾工藝品、紡織服裝、毛絨玩具及產(chǎn)業(yè)用紡織品等領(lǐng)域有了不同程度的應(yīng)用[3-5]。葛明橋等[6]將稀土鋁酸鍶夜光材料于高分子材料結(jié)合制成了稀土夜光纖維，并對(duì)該纖維的性能進(jìn)行了深入研究。閆彥紅等[7]開(kāi)發(fā)了稀土夜光纖維機(jī)織物、針織物、繡品及家紡用品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。陳莉等[8]使用夜光纖維開(kāi)發(fā)割圈絨面料，為夜光毛絨玩具的開(kāi)發(fā)提供了材料支持。稀土夜光材料相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用尚處于起步階段，更加廣泛的應(yīng)用有待于進(jìn)一步探索。

本文在研究稀土夜光材料光色特性的基礎(chǔ)上，將稀土夜光粉應(yīng)用到服飾圖案設(shè)計(jì)中，以期通過(guò)稀土夜光材料豐富的夜光特性來(lái)豐富服飾圖案設(shè)計(jì)的藝術(shù)性。為此，選取自制的3種不同光色的稀土夜光粉(分別發(fā)黃綠光、藍(lán)光、紅光)，并將其按一定比例混合，觀察其光色特征，研究透明色漿對(duì)其光色特性的影響，并結(jié)合服飾圖案設(shè)計(jì)分析稀土夜光粉在圖案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品制備

選用自制的SrAl204:Eu2+,Dy3+(SAOED,發(fā)黃綠色光)、Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+(SMAOED,發(fā)藍(lán)色光)、Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+(YOSEMT,發(fā)紅色光)為稀土夜光材料，按照特定的比例混合(質(zhì)量比)，形成夜光粉混合體；再分別將不同的稀土夜光粉及其混合體添加至涂層漿料中，形成圖案設(shè)計(jì)用夜光色漿；選用滌綸磨毛織物作基布，根據(jù)圖案的需求刮涂合適的漿料，自然晾干，制得夜光圖案織物。

1.2 性能測(cè)試與分析

采用美國(guó)Photo Research公司的PR-650光譜掃描色度計(jì)測(cè)試稀土夜光材料在無(wú)光照時(shí)的光色性能，測(cè)試光譜范圍380～780 nm。

采用杭州浙大三色儀器有限公司生產(chǎn)的 PR-305 長(zhǎng)余輝熒光粉測(cè)試儀測(cè)定相同激發(fā)光強(qiáng)下余輝亮度隨時(shí)間變化的曲線，激發(fā)照度1 000 lx，激發(fā)光停止2 s后開(kāi)始測(cè)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 稀土夜光粉的光色特征

稀土夜光材料與其他無(wú)機(jī)顏料的不同之處在于其能在夜間發(fā)出豐富多彩的夜光。了解各種夜光材料的夜間發(fā)光效果是開(kāi)展藝術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。為此，本文觀察并分析了稀土夜光材料的光色特征，表1為稀土夜光粉及其混合體的光色特性，圖1為各樣品色度坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的色度圖(CIE 1931)。

從表1和圖1可以看出:3種稀土夜光粉的主發(fā)射波長(zhǎng)分別為位于525 nm(綠光范疇)、514 nm(藍(lán)光范疇)、619 nm(紅光范疇)，與三原色光(紅光、綠光、藍(lán)光)的波長(zhǎng)較接近。就色純度指標(biāo)而言，YOSEMT樣品的色純度最高，為0.985 1。但黃綠光和藍(lán)光的色純度偏低，僅為0.662 5，0.546 8。這是由于稀土長(zhǎng)余輝夜光粉的發(fā)光光譜通常是一個(gè)寬帶譜(f-d躍遷)，而非尖銳線譜(f-f躍遷)[9]。以SrAl204:Eu2+,Dy3+為例，其發(fā)光譜帶包含了以綠光為主的黃光帶、藍(lán)光帶和綠光帶的寬帶譜[10]，其發(fā)光光色為復(fù)合色，因此色純度相對(duì)較低。

表1 稀土發(fā)光粉及其混合體的光色性能

注：混合體比例為不同夜光材料的質(zhì)量比。

圖1 稀土夜光材料光色CIE 1931色度圖

還可以看出，發(fā)光材料混合體的主發(fā)射波長(zhǎng)相對(duì)于混合單體而言，發(fā)生了顯著的變化。其發(fā)光波長(zhǎng)均位于2種混合單體的波長(zhǎng)區(qū)域之間，即相對(duì)于單一夜光粉體而言，發(fā)光混合體的主波長(zhǎng)發(fā)生了有規(guī)律的藍(lán)移或紅移。這是由于稀土夜光粉本身就是光源，不同夜光粉均勻混合后，各自發(fā)出的色光產(chǎn)生了光色疊加效應(yīng)。根據(jù)顏色混合理論[11]，色光的混合屬于加色混合，從理論上講，紅光+綠光=黃光，紅光+藍(lán)紫光=品紅光，藍(lán)紫光+綠光=青光，紅光+綠光+藍(lán)紫光=白光。這說(shuō)明相對(duì)于波長(zhǎng)較短的色光而言，混合光色波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生紅移；相對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的色光而言，混合光色波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生藍(lán)移。對(duì)比觀察的稀土夜光材料混合體發(fā)光效果，可以推斷稀土夜光材料光色混合變化基本符合加色混合規(guī)律。但稀土夜光材料色光混合效果并未達(dá)到三原色光的混合效果。其原因在于不同的稀土夜光材料具有不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，各自發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光波長(zhǎng)存在較大差異，其光色也非純粹的三原光色所致，但是這并不影響稀土夜光粉能夠發(fā)出豐富多彩的夜光效果，這為藝術(shù)創(chuàng)作提供了廣闊的顏色空間。

2.2 夜光色漿的夜光效果分析

稀土夜光粉是無(wú)機(jī)粉體材料，無(wú)法直接應(yīng)用于服飾圖案設(shè)計(jì)中。為此，選取了特定的稀土發(fā)光材料(SAOED∶YOSEMT為1∶1)與印花漿料混合，制備了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀土夜光色漿。圖2為不同夜光粉添加量的夜光色漿的發(fā)射光譜(圖中比例為稀土材料混合體∶印花色漿)。

從圖2可以看出，稀土印花色漿與稀土夜光粉具有相似的發(fā)射光譜波形和發(fā)光波長(zhǎng)，說(shuō)明透明涂層漿料沒(méi)有對(duì)稀土夜光材料的夜光色相造成影響。但發(fā)光強(qiáng)度有所降低，說(shuō)明透明漿料對(duì)發(fā)光材料的發(fā)光強(qiáng)度具有一定的削弱作用。隨著夜光粉添加用量的增加，雖然測(cè)試樣品的發(fā)射光譜主波長(zhǎng)并沒(méi)有隨之變化，但發(fā)光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。這是由于發(fā)光材料添加量的增加，造成了發(fā)光中心數(shù)量增加，夜光漿料受到激發(fā)光激發(fā)后，發(fā)射光子數(shù)增加所致。因此，通過(guò)控制夜光粉添量和添加種類(lèi)可以得到不同發(fā)光亮度和發(fā)光波長(zhǎng)的夜光色漿。

為了進(jìn)一步探明不同夜光粉添加量的色漿的夜間發(fā)光效果，對(duì)其余輝特性進(jìn)行了測(cè)試。圖3為不同夜光粉添加量的夜光色漿的余輝亮度(圖中比例為稀土材料混合體∶印花色漿)。

圖3 不同夜光粉添加量的色漿余輝性能

從圖3可以看出，不同的夜光色漿具有不同的余輝初始亮度。稀土夜光材料添加量越高，測(cè)試樣品的余輝初始亮度越高，這是因?yàn)闈舛雀叩囊构馍珴{發(fā)光中心多，發(fā)光亮度就相對(duì)較強(qiáng)。從圖3還可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，各樣品的余輝衰減趨勢(shì)相同，一定時(shí)間后發(fā)光亮度趨于接近。

3 夜光服飾圖案設(shè)計(jì)效果分析

結(jié)合夜光色漿有光和無(wú)光時(shí)呈現(xiàn)的顏色特征，設(shè)計(jì)并填涂了2款簡(jiǎn)潔的服飾圖案。圖案在有光和無(wú)光時(shí)的發(fā)光效果如圖4、5所示。

圖4 作品1的設(shè)計(jì)效果

圖5 作品2的設(shè)計(jì)效果

從圖4、5可以看出，有光時(shí)，2款服飾圖案呈現(xiàn)夜光色漿的原始顏色，連同圖案的輪廓勾線痕跡都清晰可見(jiàn)，色彩構(gòu)成比較簡(jiǎn)單。無(wú)光時(shí)，2款服飾圖案呈現(xiàn)夜光色漿的夜間自發(fā)光顏色，圖案的輪廓勾線痕跡被色漿發(fā)光色邊界替代，圖案的色彩構(gòu)成變得更加豐富。由此可以看出，夜光圖案在有光時(shí)和無(wú)光時(shí)呈現(xiàn)出不同的圖案設(shè)計(jì)效果，而且無(wú)光時(shí)呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)效果有時(shí)候更能表達(dá)設(shè)計(jì)主題。

4 結(jié)束語(yǔ)

稀土夜光材料具有豐富多彩的夜光特性，混合后，其光色變化更加豐富，為藝術(shù)創(chuàng)作提供了豐富的夜光材料資源。透明漿料未對(duì)夜光粉的發(fā)光顏色造成嚴(yán)重影響，這為其在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用提供了條件保障。將其應(yīng)用于服飾圖案設(shè)計(jì)中，在有光和無(wú)光條件下呈現(xiàn)出不同的設(shè)計(jì)效果，豐富了服飾圖案的設(shè)計(jì)途徑和方法。