公路光生物照明机制及特种LED荧光体研究

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随着经济实力的快速增长,我国的人民生活水平有了显著地改善,从机动车数量的增加就可以看出,相对的交通车流量的爆发式增长对道路交通有着更加严苛的需求。尤其是在暗光环境下,交通光源不仅仅是照明如此简单,其中对光源的种类、色温、显色指数、波长等都有着较高的要求,而且在交通照明的设计规划中也会着重考虑视觉效应的影响。随着对科学的不断探索人们发现人眼细胞中蕴藏着新的视觉细胞-司辰视觉,也称为光生物非视觉效应。受其影响,人体在不同的光照环境下会表现出不同的生理节律,它的发现对交通照明的设计又会是一种新的挑战。光生物效应不同于人们熟知的明视觉和暗视觉,他实际上是不参与视觉成像的一种非视觉效应,但是人的生理节律强度却受他控制,而且还会影响眼睛的瞳孔大小以及褪黑素的分泌,其光谱灵敏度函数峰值约在490 nm左右。在驾驶途中若驾驶员处于不同的道路照明光源,那么其自身的光生物效应也会随之改变,不同的光生物效应意味着不同的生理机敏程度,即会影响驾驶员对驾驶途中障碍物以及突发情况做出决定的反应时间,最终影响驾驶安全。在此背景下,本次研究结合国内外在道路照明工程方面的的研究,不仅测试了人在不同光源下的反应时间而且引进闪光融合频率阈值作为参考标准,对道路照明中的光生物效应展开研究,以此来观察人体在不同光源下的清醒程度。提出在道路照明设计时不仅要对中间视觉对道路安全的影响进行考量,还要着重研究非视觉效应对交通安全的影响。如今在道路交通照明上所采用的的光源除了高压钠灯、低压钠灯、无极灯之外,发光二极管(LED-Light Emitting Diode)成为近年来道路照明的热点光源。相比于传统的光源,LED最大的优点是具有杰出的节能效果,除此之外它还具有在高速开关状态工作、环保、响应速度快等优点。经过调查发现交通安全与道路照明息息相关,其光生物效应所带来的安全性影响要远大于室内办公照明。虽然近年来,围绕着不同人造光源对司辰视觉的影响,多国的科研工作者们展开了一些相关研究,然而针对交通照明的思辰视觉研究在国内外尚属罕见。因此研究LED光源对驾驶员清醒程度的影响,可以为道路照明相关标准的设计及更新提供相关依据和技术支撑。针对LED的发光,在光生物效应的研究基础上本次研究又制备出了符合人体司辰视觉的一系列可调的用于公路交通照明的特种LED荧光粉。为了实现与司辰视觉光谱灵敏度峰值相匹配的位于490nm附近的发光二极管的构想,基于相同的晶体结构和不同的掺杂浓度的原理制备出发光可调的连续固溶LED荧光粉。同属四方晶系的黄长石结构的Sr2MgSi2O7和Ca2MgSi2O7具有相同的空间群—P-421m(113)。通过传统的高温固相法在室温下制备的Sr2MgSi2O7:Eu2+和Ca2MgSi2O7:Eu2+荧光粉的发光中心分别位于466 nm和527 nm。因为Sr2+(0.127 nm)和Ca2+(0.112 nm)相似的离子半径,故改变两者的浓度就可以得到(Sr1-xCax)2MgSi2O7:Eu2+(0≤x≤1)的连续固溶LED荧光粉,调节x的浓度到一定值时我们就可以得到发光中心位于490 nm附近的LED荧光粉。本文的创新点为:1.验证了单色光的司辰视觉效应;2.提出了针对驾驶安全的新型特种光源;3.成功制备出(Sr1-xCax)2MgSi2O7:Eu2+(0≤x≤1)的连续固溶LED荧光粉;4.成功调制出发光中心位于490 nm附近的单峰荧光粉,并且其半峰全宽较与司辰视觉敏感光谱更窄。
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