微微萤火可否照亮夜间之城？

李士闻

数据显示，全球19%的能源都被用于照明。荧光材料或许能帮我们住进更加清凉、节能的城市。

1063年前后，意大利鞋匠、业余炼金术士文森佐·卡斯卡里奥洛在博洛尼亚附近的帕代诺山山坡上找到一些性质极其致密的岩石。他试着熔炼这些石头，但却没炼出他心心念念的金、银或其他贵金属。不过，石头冷却后，卡斯卡里奥洛发现了一个颇有意思的现象：如果先把这种岩石放到日光之下，再将其置于黑暗中，石头就会熠熠发光。

这种岩石就是“博洛尼亚石”，是历史上第一种人工制成的长余辉荧光物质。随后，类似材料开始涌现，并广泛应用于装饰、应急照明、道路标记、医学影像等领域。

有朝一日，荧光材料或许能帮我们住进更加清凉、节能的城市。新一代荧光材料可以吸收日光，并将其转化为荧光以降低城市温度。如果用荧光人行道、路标甚至是荧光建筑取代原来的照明街灯，还可以节约能耗。部分欧洲城市已经铺上了荧光自行车道，还有学者正在研究如何将荧光颜料用于路标之上。

“这样更环保。”从美国劳伦斯伯克利国家实验室退休的环境物理学家保罗·博戴尔说，“如果相关技术继续发展，我们就可以节约能源。所以，这项研究很有价值。”

博洛尼亚石是一种重晶石矿物，虽引得当时的自然哲学家颇为着迷，但却始终没派上什么用场。直到20世纪90年代，化学家研究出了数种新型长余辉光致发光材料，比如受到光照后可发出数小时明亮荧光的铝酸锶。此类材料的荧光颜色多为蓝或绿色，少数为黄、红或橙色。

光致发光材料会吸收光子中的能量，再以可见光的形式将其释放出来。磷光石会立刻发光，而长余辉材料则先将能量储存起来，发光时间会拉长。

能持续发光数小时的材料为我们带来了很多可能，“夜光城”就是其中之一，在这种城市里，发光的人行道延展开来，荧光熠熠的建筑四处林立。在全球范围内，19%的能源都被用于照明。而单看欧洲，有1.6%的电专门被用于街道照明。意大利佩鲁贾大学建筑工程师安娜·皮塞罗和同事2021年发表在《材料研究年评》上的论文指出，照明领域有巨大的節能潜力。

但有一个问题，荧光亮度最高的材料无法支撑整夜的照明。研究方向为节能建筑材料的皮塞罗表示，更好的材料能够解决这个问题。同时，还可以结合使用荧光材料与电力照明，让材料有足够长的时间来储能。

荧光涂料同样可以用于室外照明。皮塞罗的实验室已经研发出了一种用于室外的涂料。2019年，她模拟了在火车站旁公共道路上刷荧光涂料的情况，结果发现，涂料整夜发亮的同时，周边地区照明用电消耗下降了27%。

不过，荧光材料也引发了一些担忧。有人担心，一座彻夜发光的城市恐会加重光污染。皮塞罗却觉得，这有点儿杞人忧天了。荧光材料只会替换现有照明，并不会增添新光源。另外，人们还可以选择不同的光，以此规避严重危害野生动物的蓝光。

荧光材料还能缓解城市热岛效应。一般来说，房顶和人行道会吸收阳光，并将其转化为热量排放出来，因此，夏季的城市温度要比郊区平均高出7.7摄氏度。高温会给人带来潜在的健康危险，还会消耗更多能源来让建筑内部保持清凉。

为了解决这种热岛效应，运用白漆、浅色沥青等“降温”材料来反射日光的措施越来越常见。而加上一些荧光材料，可以让“防暑降温”的效果更上一层楼。

在劳伦斯伯克利国家实验室，博戴尔和同事针对合成红宝石展开了实验，这种材料在日光的照射下会发出荧光，而利用这种特性，红宝石就可用来制作降温用的有色涂层。在早期的实验中，团队发现，在日光下，与涂有含红宝石漆层的物体相比，同色无漆层物体的表面温度更高。

皮塞罗的实验室则更进一步。团队向水泥中加入了数种长余辉材料，使其能够吸收光能，再缓慢将光释放出来。晴好天气下，与对照组相比，加有荧光材料的物体最多能让周围气温降低3.3摄氏度。

亚利桑那州立大学机械工程师帕特里克·费伦说：“诚然，你可以让物体表面尽可能地反射光线，但我们能否再进一步呢？使用长余辉材料或许就是问题的答案。我们可以用另一种方式将能量转移出去。这还挺有意思的。”费伦曾在《环境与资源评论年刊》上与人合作发表了一篇有关城市热岛效应的论文。

现今，荧光材料约有250种，而人们并没有对其中大部分材料展开实际应用研究。皮塞罗说：“短时间内，改进我们现有的材料是最好，也是最简单的方法。”经过微调后的材料，发光时间更长、亮度更高，光色也可发生变化，能够真正被应用在现实中。

皮塞罗补充说：“从长久看，这些精心研发的新材料，表现甚至会更好。”量子点阵就是一个例子，这种可以用来发光的半导体粒子体积极小，已被应用在生物影像领域；还有已被用于太阳能电池的钙钛矿，人们正针对这种材料的光学特性展开深入研究。

编辑：马果娜