一种基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法与流程

本发明涉及功能性纺织面料以及镀覆技术领域，尤其涉及一种基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法。

背景技术：

作为一种新型的功能材料，发光纺织面料拥有优良的发光性能，在太阳光、紫外光、人造光等光源的激发下能以可见光的形式释放能量从而发光。发光纺织面料可应用于夜间操作行业、军事产业以及航海作业，也可以应用于民用领域以提供安全照明、防伪识别以及装饰功能。

三价铕离子掺杂的氧化钇红色发光粉在紫外光的照射下，其基态与激发态之间存在能级跃迁⁵d0-⁷fj(j＝0，1，2，3，…)，电子从激发态跃迁回基态时释放能量而发光。三价铕离子掺杂的氧化钇红色发光粉具有优良的发光性能，其发光强度高，化学性能稳定，对环境污染少，将其应用于纺织面料可赋予面料良好的发光性能以及装饰功能。

目前，国内外对于发光纺织材料的研究重点大多集中在纺丝液中添加发光粉以制备发光纤维或者应用后处理涂层技术发展发光纺织面料。然而，这些制备过程一般处于水性环境中，发光粉的发光性能会受到水汽影响而下降，而且其废水处理到目前为止仍然是一个严峻的挑战。此外，纺丝工艺对发光粉颗粒粒径要求较高，粒径过大容易堵塞纺丝孔，而且添加发光粉获得的发光纤维其断裂强度受到一定的影响，纤维断裂处往往发生在颗粒存在处，并且复杂的后续处理过程也将影响发光纤维的发光性能。因此，上述方法生产发光纺织面料的可控性低而难以适应个性化产品的生产。

目前较少见到有关采用镀覆技术制备发光纺织面料的报道。此外，采用镀覆技术在基材上沉积获得的发光薄膜，其结晶性能较低而影响材料的发光性能，为了提高发光薄膜的发光强度，往往需要对沉积的薄膜进行传统的后处理退火工艺，目前大多采用马弗炉退火，然而，这种传统的退火方法一般是对样品进行整体退火处理，处理时间较长(1-5小时)并且处理温度较高(800-1200℃)，因此要求基材有良好的耐热性能。例如现有技术中，如中国专利申请，cn104674539a公开了一种制备发光纤维和面料的方法，所述方法以纤维和面料为基底，以发光材料为溅射靶材，利用射频磁控溅射技术将发光材料溅射并沉积到纤维和面料表面的方法，这种制备方法，制得的面料图案不易控制，而且处理效率较低，对面料基材选择性范围窄。激光处理工艺具有使用方便，处理效率高，操作简便快捷的优点，然而激光处理工艺在纺织和服装领域的研究主要集中于对牛仔服的雕刻处理以及面料切割，目前尚未见到其应用于镀覆技术制备发光纺织面料的退火处理以提高发光强度的研究，也未见有应用激光退火工艺处理发光纺织面料使其呈现新的设计外观的报导。因此，采用激光退火工艺提高发光纺织面料的发光性能以及设计发光图案是当今开发发光纺织材料的创新领域以及重要研究课题之一。

鉴于现有技术中的缺陷，需要出现一种使用方便，处理效率高，操作简便快捷，能实现材料的局部处理，不仅适用于有良好耐热性能的基材材料，而且适用于大部分的普通基材材料，且利于发光图案设计多样化的基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出了一种基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法。

本发明提出的技术方案如下：

本发明提出了一种基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法，包括以下步骤：

步骤s1、将发光材料蒸发沉积到纺织面料基材上，从而在纺织面料基材上形成发光薄膜；

步骤s2、采用二氧化碳激光处理发光薄膜，从而得到发光纺织面料。

本发明上述的基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法中，所述发光材料为三价铕离子掺杂的氧化钇红色发光粉末，其化学式为y2o3:eu³⁺，其中，各元素摩尔比例为y:eu:o＝1.80:0.20:3。

本发明上述的基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法中，所述步骤s1还包括：

将发光材料压制成饼状蒸镀靶材；

在真空环境下采用电子束加热蒸镀靶材，使发光材料蒸发沉积到纺织面料基材上，从而在纺织面料基材上形成发光薄膜。

本发明上述的基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法中，所述真空环境的真空度为0.0005pa。

本发明上述的基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法中，所述步骤s2中，二氧化碳激光的像素分辨率为35dpi，像素时间为120μs。

本发明上述的基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法中，纺织面料基材为由石英纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维、棉纤维或涤纶纤维纺织制得的面料。

本发明将发光性能良好的三价铕离子掺杂的氧化钇红色发光粉末，通过电子束蒸发镀覆技术，在纺织面料基材表面沉积均匀致密的发光薄膜，并采用二氧化碳激光退火工艺提高发光薄膜的发光强度以及进行发光图案的设计。本发明基于激光退火工艺制备发光纺织面料的方法节能环保、工艺简单方便、可操作性强、生产效率高以及容易控制发光薄膜的镀覆范围，由该方法制备的发光纺织面料的发光效果好，并且通过二氧化碳激光退火工艺可以容易获得可控的发光图案。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为发光纺织面料在二氧化碳激光处理前的sem图；

图2为发光纺织面料在二氧化碳激光处理后的sem图；

图3为发光纺织面料在二氧化碳激光处理前的xrd图；

图4为发光纺织面料在二氧化碳激光处理后的xrd图；

图5为发光纺织面料在二氧化碳激光处理前后的发光光谱；

图6为经二氧化碳激光处理过的发光图案的效果图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于激光退火工艺的发光纺织面料制备方法，该制备方法是以纺织面料基材为基底，以发光材料为蒸镀靶材，利用电子束蒸发镀覆技术加热蒸镀靶材，使发光材料蒸发沉积到纺织面料基材表面以形成发光薄膜，并采用二氧化碳激光退火工艺对发光薄膜进行退火处理，从而提高发光薄膜的发光强度以及进行发光图案的设计。

其中，在上述技术方案中，所述发光材料为三价铕离子掺杂的氧化钇红色发光粉末，其化学式为y2o3:eu³⁺，其中，各元素摩尔比例为y:eu:o＝1.80:0.20:3。根据需求不同，发光材料还可以是掺钼氧化锌，或者其它材料。

在将发光材料沉积到纺织面料基材上的过程中，蒸镀靶材呈饼状；沉积过程是在真空环境下完成。优选地，该真空环境的真空度为0.0005pa。

在二氧化碳激光退火工艺中，二氧化碳激光的像素分辨率为35dpi，像素时间为120μs，可以理解，根据不同发光材料的性能，二氧化碳激光的像素分辨率和像素时间可以适当增大或减小。

进一步地，纺织面料基材为由石英纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维、棉纤维或涤纶纤维等纺织制得的面料。

为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

本发明实施例的发光纺织面料的制备方法包括以下步骤：

(1)制备蒸镀靶材

将三价铕离子掺杂的氧化钇红色发光粉末(y1.80o3:eu0.20)倒入直径为φ30mm的模具中，用3855型美国carver手动标准型液压压片机在10吨静压力下压制5min后得到圆饼状的蒸镀靶材，其厚度约为2mm。将压制好的蒸镀靶材放入100℃的烘箱中干燥24小时以除去空气中吸附的水分，然后放入镀覆设备真空腔的水冷坩埚中。

以上述方法制备的蒸镀靶材，由于足够的压制力，不需要进行退火烧结处理，工艺简单、操作方便以及效率高。

(2)裁剪并清洗纺织面料基材

裁剪尺寸大小为120mm×120mm的石英纤维布，以作为纺织面料基材；对纺织面料基材依次用无水乙醇和丙酮清洗60分钟，接着用去离子水将多余的溶剂清洗干净，然后放入100℃的烘箱中干燥24小时以除去多余的水分。将干燥后的纺织面料基材放入镀覆设备真空腔的基底支架上。

以这种方法清洗并干燥的纺织面料基材表面洁净，能够有效除去纺织面料基材上的灰尘以及油污，可以提高纺织面料基材和沉积在纺织面料基材上的发光薄膜之间的结合牢固度，残留水分极少，适合电子束蒸镀。

(3)电子束蒸发镀膜沉积

a.采用肇庆澳溢机械制造有限公司生产的zzg/jt-350电子束蒸发镀覆系统在纺织面料基材上沉积发光薄膜。在发光薄膜沉积前，纺织面料基材和蒸发靶材之间的距离设置为150mm；为了提高发光薄膜的均匀性，引入真空腔基底支架转动仪并将转速调至50转/min。

b.在本底真空度为0.0005pa、电子枪电流为110ma、电子枪电压为90kv的工艺参数条件下在纺织面料基材上沉积发光材料15min，以形成发光薄膜。

(4)二氧化碳激光退火处理以及设计发光图案

将沉积有发光薄膜的纺织面料基材放置在spaishlasergfkflexi-150的激光设备中，采用像素分辨率35dpi以及像素时间120μs的激光工艺参数处理发光薄膜，从而得到发光纺织面料。根据实验结果，可以采用像素分辨率35dpi以及像素时间120μs的激光工艺参数实现在发光纺织面料上设计发光图案的技术方案。

实验结果与分析：表面形貌，结晶性能以及发光性能指标

图1为发光纺织面料在二氧化碳激光处理前的sem图，图2为发光纺织面料在二氧化碳激光处理后的sem图。如图1所示，经过15min的电子束蒸发镀覆可在纺织面料基材(即石英纤维布)上沉积得到表面光滑平整以及致密的发光薄膜，该发光薄膜的厚度为0.69μm。如图2所示，发光薄膜经过二氧化碳激光退火处理后，其膜层遇热熔融成小山丘状并凝聚附着于石英纤维表面。膜层中出现小孔洞，该小孔洞的形成原因为：在激光处理过程中，发光薄膜表面空气中的水蒸气和气体受激光处理作用，快速嵌入发光薄膜，激光停止后，熔融的发光薄膜马上冷却所致。

图3为发光纺织面料在二氧化碳激光处理前的xrd图，图4为发光纺织面料在二氧化碳激光处理后的xrd图。基于jcpdscardno.25-1011以及图3和图4可知，二氧化碳激光处理过程没有改变发光纺织面料中氧化钇的立方晶相，也没有改变衍射峰的位置。在29°，34°，49°和58°均能观测到衍射峰，其分别对应(222)，(400)，(440)和(622)晶面。测试数据显示，发光薄膜在激光处理前后的半峰宽分别是0.56和0.49，下降的半峰宽表明，二氧化碳激光处理能明显提高发光薄膜的结晶性能。

图5为发光纺织面料在二氧化碳激光处理前后的发光光谱。该发光纺织面料在二氧化碳激光处理前后的发光光谱是在254nm的紫外激发波长下获得。由图5所示，激光退火处理前后的发光薄膜，主发光峰均出现在613nm，然而，未经激光退火处理的发光薄膜，其发光强度较弱，而经过激光退火处理的发光薄膜，其发光强度得到了显着的提高。这主要是由于激光退火处理能够改善发光薄膜的结晶性能，从而使发光强度有了明显的提高。激光退火后的发光薄膜在582nm，589nm，595nm，601nm，613nm，633nm和652nm出现了明显的发光峰。这些发光峰分别对应于eu³⁺离子在⁵d0-⁷fj(j＝0，1，2，3，…)的能级跃迁。

应用二氧化碳激光处理工艺对纺织面料基材上的发光薄膜进行处理，可以得到发光图案。如图6所示，经二氧化碳激光退火处理后的发光薄膜，其发光强度明显高于退火前的发光强度。因此，发光薄膜上经过激光处理可形成发光图案。本发明中，纺织面料基材并不限于石英纤维布，还可以为陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维等特殊纤维布料，也可以为其它普通纺织纤维面料。

比较试验：

取经过清洗处理工艺的120mm×120mm石英纤维布2块；均以发光材料y2o3:eu³⁺为蒸镀靶材，利用电子束蒸发镀覆技术将发光材料蒸发沉积到石英纤维布表面。

其中，一块使用上述实施例的二氧化碳激光退火工艺对石英纤维布表面进行退火处理，作为实验组。

另一块放置在马弗炉中，以5℃/min的升温速率升至1000℃，再在空气下退火2h，然后自然降温至室温后取出，作为对照组。

实验组和对照组的制备要求和性能比较如下表所示：

综上，本发明使用方便，处理效率高，操作简便快捷，能实现材料的局部处理，不仅适用于有良好耐热性能的基材材料，而且适用于大部分的普通基材材料，且利于发光图案设计多样化。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。