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智慧城市 稀土发光材料该如何切入?

启明星 2018-09-17 1865 113

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近年来,世界各国不断推进智慧城市的建设,作为工业维生素之一的稀土发光材料是如何切入到智慧城市的建设中去的?本文将从数据感知、数据传输及整合应用等三个维度进行分析探讨。

  近年来,世界各国不断推进智慧城市的建设,作为工业维生素之一的稀土发光材料是如何切入到智慧城市的建设中去的?本文将从数据感知、数据传输及整合应用等三个维度进行分析探讨。

  2010年,IBM正式提出创建“智慧城市”的理念,旨在以大数据为中心,依靠各种智慧城市终端对城市建设管理中的方方面面进行数据的感知、采集、存储;对所采集的数据进行计算、整合,分析其中所蕴含的价值;采用各种技术手段对其加以利用,服务社会,构建高效、和谐、智慧的社会环境。智慧城市这一理念提出后,迅速得到各国政府的响应,积极推动智慧型城市的建设。我国高度重视智慧城市的建设,在各大城市逐步推进智慧交通、智慧管理、智慧校园、智慧医疗、智慧社区等一系列智慧应用。

  作为工业维生素之一的稀土元素,在智慧城市建设进程中起到了巨大的推动作用。其中,稀土发光材料是最重要的稀土功能材料之一,其发射光谱可以覆盖紫外、近紫外、可见光、近红外、红外光及远红外区等各种波长,能够实现光-光、光-电、光-热(能)等之间的互相转化,在照明显示、光电探测、信息通讯等领域有着广泛的应用。稀土发光材料如何与智慧城市的建设相结合?笔者将从数据感知、数据传输及整合应用等三个维度进行分析探讨。

稀土发光材料

  数据感知端

  数据(信息)的感知是对个体、环境所表现出的特征信息进行采集、表示、传输及融合,这是建设智慧城市的前提。因此,对所收集的数据要求具有实时性、精确性、全面性等特点。目前,数据感知方式主要依赖于重力感应、磁力感应、声音感应、温度感应、光线感应等,其中光感具有无线感知、收集信息精确度高、传输高效等优点,在收集交通、气象、安防、人流等信息方面有着重要应用价值,这为稀土发光材料在数据感知方面的应用提供广阔前景。如F-掺杂的Er3+/Tm3+/Yb3+-SrLu2O4荧光粉具有很高的温度灵敏度,在低温控制方面有重要的应用价值;Yb3+、Er3+等稀土离子激发的稀土发光材料可以提供具有不同波长、半波宽的红外光谱,具有辨识度高、安全健康等优点,在虹膜识别、人脸抓拍、刷脸执法、食品质检等领域有潜在应用价值。

  数据传输端

  随着智能城市的推进,智能设备得到普及,用户量日益增多,导致人们对高速宽带多媒体通信的需求剧增,这对当前的无线电通讯提出了挑战。因此,提出可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术,即采用可见光进行数据及信息的传输技术。2017年12月,Lucibel公司和pureLiFi公司联合推出一款利用可见光通信技术的LED灯具—LiFi(Light Fidelity)。将该特制的LED与电脑联结,以实现数据的实时交换,使之实现网络通信的功能。由于光线的特殊性,使得LiFi技术具有带宽大、安全系数高和私密性好,传播中不受电磁干扰等优点。同时具有高的空间复用性,有利于大面积地拓展网络覆盖面,完全可以满足下一代新型多媒体通信的要求。此外,LiFi网络基本无法被远程破解,对人体没有潜在危害的无线电波信号,所以比较适合应用于银行、军事、研发机构、医院、学校、机场、酒店、会议室等场所。

  此外,稀土激光材料在城市无人驾驶公交、无人快递等领域提供精准测距、精密定位、实时跟踪中起重大作用。

  应用端

  对城市地标、交通标志、建筑装饰、绿化景观等的改造工程是建设智慧城市过程是非常重要的一环。在此过程中,稀土发光材料有着不可或缺的地位。除了在LED照明显示中其调节光色功能外,更多的用于建筑装饰、点缀市容等,承载着增添城市魅力的使命。

  景观显示的建设常常成为一个城市的标志,各大城市积极建造LED天幕屏、LED隧道屏、LED创意异形屏等景观显示项目,推进景观亮化工程项目建设,不仅增添城市魅力,还为城市的带来丰厚的夜游经济,比如香港维多利亚港、上海外滩、珠江夜景等,这些绚丽多姿的景观中离不开稀土发光材料的贡献。

  另外,节能环保是建设智慧城市的主题之一。其中,蓄光型自发光材料的应用是促进节能环保的重要手段。蓄光型自发光材料内有一定能量深度的陷阱能级,当其受光激发时,基态电子吸收光子跃迁至激发态,激发态电子被陷阱捕获并储存起来。当外界光源停止激发后,储存在陷阱能级的电子在热扰动作用下逐步地释放出来,跃迁到激发态,然后从激发态返回基态时释放光子,持续地发出具有一定颜色的光。如黄绿色长余辉材料SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+的衰减时间约2000min,红色长余辉荧光材料Y2O3: Ti, Eu衰减时间达3000min等。将性能优异的长余辉荧光粉制成发光陶瓷、发光玻璃、发光板、发光油漆、发光纤维、发光薄膜等,不仅可以用于建筑内外装饰、交通信号指示等领域,还有望为新型显示提供节能材料。

  结语

  智慧城市的建设方兴未艾,为稀土发光材料提供广阔舞台,任其绽放灿烂的光芒。当然,稀土发光材料以其独特而又广泛的特性与智慧城市建设相融合,融合到各种智慧城市终端产品中去,推动智慧城市的发展。


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