[科普中国]-发光信号剂

发光信号剂是燃烧时产生有色光信号的烟火药剂。发光信号剂是由氧化剂（氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐）、可燃剂（金属和有机物）、黏合剂（天然树脂及合成树脂）、染焰剂（无机盐和有机氯化物）组成，装填于信号器材中，用于联络和识别目标。

简介发光信号剂用于装填发光信号弹及器材，供远距离传递信号。最常用的发光信号剂是红、黄（或白光）、绿三种火焰颜色。因为在夜间于远距离上这三种火焰颜色最易识别。

发光信号剂与照明剂的主要区别在于信号剂燃烧必须产生有色火焰，虽然二者都需要有高的发光强度，但信号剂中颜色指标是主要的，发光强度是次要的。几种发光信号剂的光谱区域如下图所示。

发光信号剂除军用外，亦广泛用于航运求救信号。

发光信号剂的最新发展是红光脉冲信号剂。它燃烧时既不是定速燃烧，也不是渐增燃烧，而是周期性的脉冲燃烧。当改变药剂的组成时，脉冲频率可在（0.1~1000）Hz范围内变化，特别适用于编码序列。两种有代表性的脉冲信号剂及其频率如下图所示。1

发光信号剂的基本组成发光信号剂都由氧化剂、可燃剂、黏合剂、染焰剂及改善火焰颜色的含氯有机化合物等组成。

1、氧化剂

氧化剂对有色火焰的比色纯度、安定性和机械感度均有很大影响。一般选用吸湿性小、安定性好和低感度的氧化剂。氯酸盐感度大，尽量不要使用，如特殊需要使用时，应采取必要的安全措施。常使用的氧化剂有：高氯酸钾、硝酸钾、硝酸钡、硝酸锶和硝酸钠等。

选择氧化剂时，还应注意氧化剂中的金属原子光谱对有色药剂比色纯度的影响。例如不能在红光或绿光药剂中加入含钠氧化剂，因为钠原子辐射光谱为黄光，它会大大降低红光或绿光药剂的比色纯度。另外，还需考虑与金属可燃物的相容性。

2、染焰剂

它是在药剂燃烧时产生单色光谱，决定火焰光色的重要成分，常用的染焰剂右下列几种：

（1）红色染焰剂选用锶盐：硝酸锶[Sr(NO3)2]、碳酸锶(SrCO3)、草酸锶(SrC2O4)，其中硝酸锶又可作为氧化剂。

（2）绿色染焰剂选用钡盐：硝酸钡[Ba(NO3)2]，而硝酸钡又是氧化剂。

（3）黄色染焰剂选用钠盐：冰晶石(Na3AlF6)、氟硅酸钠(Na2SiF6)、草酸钠(Na2C2O4)、硝酸钠(NaNO3)。

3、可燃物

应选用能够达到最佳效应和安定性好的可燃物。要达到最佳效应，则要求可燃物产生的燃烧热效应要适当，燃烧时需氧量少，在氧化剂或空气中易氧化。要达到安定性好，则选用的可燃物应在±600℃范围内保持物理化学性质稳定，不吸湿或吸湿性小。常用的可燃物有铝、镁、镁铝合金、钛、硫、碳等。钛产生的热值较高，但其价格较贵，只在少数配方中使用。

4、黏合剂

应选用防潮、安定、对燃速影响较小的黏合剂。有色火焰烟火药中常使用的黏合剂有：酚醛树脂、虫胶、树脂酸钙、淀粉等。一般树脂、虫胶配制成清漆加入药剂后防潮效果较好，而粉状树脂对药剂的防潮较差。

5、含氯有机物

应选用不吸湿且含氯量大的有机物。在有色火焰烟火药（黄光剂除外）中，加入含氯有机物则形成一氯化物的分子光谱，产生单色光强度较大的有色火焰，增强药剂的比色纯度。

技术要求1、火焰应有鲜明的色彩和好的比色纯度

信号剂燃烧时，其火焰应有鲜明的特有色彩，以避免与其他不同颜色信号相混淆。所用信号剂火焰辐射要求是：红光波长不少于620nm，黄光波长在570nm~590nm范围内，绿光波长应在555nm左右。比色纯度应不少于70%~75%，以保证远距离5km~7km以上能清晰识别信号。

2、燃烧时具有一定的发光强度

发光信号星体的发光强度一般不少于数千坎，以满足人眼的识别。人眼对于远距离的感光，取决于光对人眼的照度、背景亮度、大气透过率和光的颜色。例如，夜间在10km处观察绿光信号，当大气透射系数为0.8时，绿光信号剂的发光强度只有大于1220cd时人眼才能识别，如在相同条件下观察红光和黄光信号，其发光强度则必须达到747cd和1780cd才能识别。当环境改变时，如处于满月、雪地（较亮的背景）或有雾天气，其发光强度必须大于上述数值才能明显识别。

3、有足够的燃烧持续时间

为了使信号便于夜间识别，要求其燃烧持续时间不小于5s，为此要求信号星体燃速为2mm/s~5mm/s。

发光信号剂火焰的比色特性理想的发光信号剂火焰辐射应完全落在某一光谱波段上，这种火焰辐射称为单色辐射。单色辐射火焰的色饱和度是100%，这属于理想情况，但实际中的发光信号剂火焰是连续光谱，它由许多波长不同的辐射光混合而成，其色饱和度很难达到90%以上。发光信号剂的火焰色彩是由波长不同的辐射光混合而成混合色彩，色彩混合规则如下：

1、互补色混合后呈白色。两种单色光混合成白光时该两种单色光即为互补色。例如，黄光和蓝光为互补色，黄光剂火焰与蓝光剂火焰相混合后则呈白色火焰。

2、非互补色互相混合后呈色光。例如蓝光和橙光相混合时得到淡红色或紫色，红光和黄光相混合显橙色等。各色光相互混合后形成的新光色彩见下图。

3、由数种色光混合可组成相当于某一单色辐射相同颜色的光，但其光谱仍为数种光的谱线或谱带。例如，由波长590nm和630nm的光混合时，可得到相当于波长为610nm的单色光，但其光谱仍为590nm和630nm的谱线。即色光混合后可生成新色光，但不影响各自的光谱。

发光信号剂的辐射特性发光信号剂燃烧产生的有色火焰是由于气体或蒸气的辐射所致。当原子或分子辐射的谱线或谱带位于光谱的某一部分上时，即产生相应的颜色。发光信号弹的有色火焰光谱通常为线状或带状光谱，有时是线状和带状的混合光谱。

发光信号剂的火焰光谱是由热、电冲击和光三种激发方式产生的。辐射体性质不同，所产生的光谱也不同。例如黄光剂火焰中通常只有较强的线状光谱，这是由于碱金属盐类如硝酸钠分解成Na原子，在蒸气状态下受激发产生589nm和592nm的线状光谱。含有Sr、Ba或Cu盐的发光剂，其火焰光谱为带状光谱，这是由于燃烧时火焰中生成了SrO、SrCl、BaOkBaCl、CuCl等分子辐射体，这些分子辐射体在蒸气状态下受激产生带状光谱，表现出红（620nm~750nm）、绿（490nm~565nm）、蓝（440nm~490nm）色火焰。

发光信号剂与照明剂发光性质的区别在于它们发光的辐射体不同。照明剂的火焰发光是基于固体或液体微粒的温度辐射，而发光信号剂的火焰发光是由于气体或蒸气状态的原子或分子辐射发光。

燃烧温度直接影响着发光剂的辐射特性。一般情况下，对借助原子或离子辐射获得有色火焰的发光信号剂来说，希望有较高的燃烧温度，但也不宜过高，过高会使火焰中存在大量白光，这将冲淡有色火焰的色彩。对借助分子辐射的有色发光信号剂来说，其燃烧温度绝对不能太高，一旦燃烧温度超过发光分子的离解温度时，发光分子将会发生分解从而得不到希望的颜色。碱金属氯化物和氧化物分子在1000℃下即离解成原子。2

本词条内容贡献者为:

耿彩芳 - 副教授 - 中国矿业大学