CN109593222A - 一种植物转光膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种植物转光膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种植物转光膜及其制备方法和应用。所述植物转光膜包括塑料薄膜和涂覆在塑料薄膜上的复合材料，所述复合材料包括树脂和荧光粉，所述荧光粉为MAl12‑xO19:xTM，其中M为Sr2+或Ca2+，TM为Ti3+或Cr3+；x为0.001~0.1。本发明提供的植物转光膜可将对植物生长起较小作用的绿色部分的光转化为近红外光，有利于植物的生长，可广泛推广应用于植物栽培领域，具有重大的经济价值。本发明提供的制备方法选用的原材料价格低廉，对设备要求低，制备工艺简单易行，可重复性好，得到的产品易于大规模推广和生产应用。

Description

一种植物转光膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种植物转光膜及其制备方法和应用。
背景技术
“转光膜”就是在生产普通棚膜的原材料中添加“功能性转光荧光粉”后制成的棚膜。当阳光透过“转光膜”时,阳光中的紫外线(会灼伤植物组织)和绿光(会被植物反射而损失)被膜中的“功能性转光荧光粉”吸收转换,释放出对植物生长有利的蓝光和红光,使棚内的蓝色、红色和近红外光谱成分增加,提高了光能利用率.应用结果表明,采用“转光膜”覆盖的大棚,作物生长快、坐果好、结果多、抗逆性强、早熟、增产和品质好。
光转换荧光粉的快速增长研究对固态照明，平板显示器，光电子器件，光催化，数据存储和生物标记的发展具有重要意义。最近，无机光转换荧光粉被认为是太阳能光谱转换器的先前候选者，为农业中的室内植物栽培提供服务，因为它们可以在植物生长过程中将太阳光谱内的有害或无用的光线显着转换为有用部分，同时提供一个相对稳定的生长环境，不受恶劣天气造成的损害，包括严重干旱，霾天气，风暴和洪水频发。因此，根据太阳辐射的光谱功率分布和植物的自然节律，提出了一些光谱调制的合理策略来实现这一目标。
在植物学中，来自太阳光谱的三个常规区域，即蓝色，红色和远红外在光合作用反应中起关键作用，光向性和光形态发生，为植物生长和代谢提供积极的辐照辅助。一般而言，植物发育至少有三个阶段发生光形态发生：种子萌发，幼苗发育和从营养阶段转向开花阶段。在这些进化过程中，植物必须适应的适宜生长环境可能潜在地改善食用品质和美味的可食性。由光敏色素吸收的远红外导致植物结构基因表达的变化和对生长的响应，因此可以防止由于植物生长不当而导致的食物品质恶化和苦味。目前，用于植物生长的蓝色和红色转光膜已被广泛研究;然而，用于植物栽培的红外光转光膜几乎未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中用于植物栽培的红外光转光膜的研究空白，提供一种植物转光膜。本发明提供的植物转光膜可将对植物生长起较小作用的绿色部分的光转化为近红外光，有利于植物的生长，可广泛推广应用于植物栽培领域，具有重大的经济价值。
本发明的另一目的在于提供上述植物转光膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述植物转光膜大棚种植中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种植物转光膜，包括塑料薄膜和涂覆在塑料薄膜上的复合材料，所述复合材料包括树脂和荧光粉，所述荧光粉为MAl12-xO19:xTM，其中M为Sr2+或Ca2+，TM为Ti3+或Cr3+；x为0.001~0.1。
本发明提供的植物转光膜以塑料薄膜为载体，以该特定的荧光粉为激发剂，以树脂为粘结剂，可将对作物光合作用不利的光（如绿光）转换成作物需要的近红外光，有利于植物生长。
优选地，所述M为Sr2+；
优选地，所述TM为Ti3+。
更为优选地，所述荧光粉为SrAl11.999O19: 0.001Ti。
优选地，所述荧光粉通过如下方法制备得到：将含M的化合物、含Al的化合物和含TM的化合物混合，于1400~1600℃条件下烧结4~8h，即得到所述荧光粉。
优选地，所述含M的化合物为MCO3；所述含Al的化合物为Al2O3；所述含TM的化合物为TM的氧化物。
优选地，所述烧结的气氛为氮气和氢气的混合气氛，其中，氮气和氢气的体积比为1:10~1:20。
优选地，所述混合的容器为研钵。
优选地，所述烧结的容器为高温管式炉。
本领域常规的树脂和塑料薄膜均可应用于本发明中作为载体。
优选地，所述树脂为甲基丙烯酸酯MMA。
优选地，所述荧光粉和树脂的质量比为1:10~1:100。
更为优选地，所述荧光粉和树脂的质量比为1:50。
优选地，所述塑料薄膜为聚氯乙烯或聚乙烯。
该特定种类的塑料薄膜具有较好的保温性、透光性和耐候性，柔软，易造型。
上述植物转光膜的制备方法，包括如下步骤：将荧光粉和树脂充分搅拌混匀后，滴加到塑料薄膜上，最后用光照进行固化，即得到所述植物转光膜。
本发明提供的制备方法选用的原材料价格低廉，对设备要求低，制备工艺简单易行，可重复性好，得到的产品易于大规模推广和生产应用。
上述植物转光膜在大棚种植中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的植物转光膜可将对植物生长起较小作用的绿色部分的光转化为近红外光，有利于植物的生长，可广泛推广应用于植物栽培领域，具有重大的经济价值。
附图说明
图1为实施例1提供的植物光转膜的示意图；
图2为实施例1提供的荧光粉激活剂的X射线衍射图；
图3为实施例1提供的植物转光膜的漫反射谱；
图4为实施例1提供的荧光粉激活剂的激发光谱；
图5为实施例1提供的荧光粉激活剂的发射光谱；
图6为实施例2提供的荧光粉激活剂的漫反射谱；
图7为实施例2提供的荧光粉激活剂的激发光谱；
图8为实施例2提供的荧光粉激活剂的发射光谱；
图9为实施例3提供的荧光粉激活剂的激发光谱；
图10为实施例3提供的荧光粉激活剂的发射光谱；
图11为实施例4提供的荧光粉激活剂的激发光谱；
图12为实施例4提供的荧光粉激活剂的发射光谱。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
以下实施例中待测样品的X射线衍射检测采用北京普析XD-2 X射线衍射仪；激发光谱检测采用爱丁堡FLS-980荧光光谱仪；漫反射光谱检测采用Evolution-220紫外可见分光光度计；激发光谱检测采用爱丁堡FLS-980荧光光谱仪。
各实施例中的荧光粉MAl12-xO19:xTM，通过如下方法制备得到。
将含M的化合物（如SrCO3或CaCO3）、含Al的化合物（如Al2O3）和含TM的化合物（如Ti3 +、Cr3+的氧化物）在研钵中混合后放入高温管式炉中，通入氮气和氢气，氮气和氢气的体积比为1:10~1:20，于 1400~1600℃条件下烧结4~8h，即得到所述荧光粉。
实施例1
本实施例提供一种植物转光膜，包括甲基丙烯酸酯（MMA）、荧光粉以及塑料薄膜（如聚氯乙烯），三者通过滴涂法制备。荧光粉激活剂与MMA质量比为1:10。荧光粉的化学组成为SrAl11.999O19:0.001Ti。
该植物转光膜通过如下方法制备得到：将光转换荧光粉与MMA溶液充分搅拌4h，用移液枪滴到塑料薄膜上，最后光照使其固化，如图1，其中1代表塑料薄膜，2代表荧光粉，3代表甲基丙烯酸酯。
对本实施例中得到的转光膜进行分析，结果如图2~图5所示。图2的 X射线衍射图证明得到SrAl12O19纯相；在图3的漫反射光谱图中400~600nm处出现了明显的吸收峰，说明所制备的转光膜可被此范围内波长有效激发；图4为740nm波长检测下所得的激发光谱，图中在400~600nm中出现明显激发峰，属于Ti3+的特征激发峰，说明该转光膜可被可见光激发；图5为在500nm波长下激发所得的发射光谱，740 nm波长处显示出明显的发射峰，属于Ti3+的特征发射峰，说明该转光膜可发射近红外光。
实施例2
本实施例提供一种植物转光膜，包括甲基丙烯酸酯（MMA）、荧光粉以及塑料薄膜（如聚乙烯），三者通过滴涂法制备。荧光粉激活剂与MMA质量比为1:100。荧光粉的化学组成为SrAl11.99O19:0.01Ti。
该植物转光膜通过如下方法制备得到：
将光转换荧光粉与MMA溶液充分搅拌4h，用移液枪滴到塑料薄膜上，最后光照使其固化。
对本实施例中得到的转光膜进行分析，结果如图6~图8所示。在图6的漫反射光谱图中400~600nm处出现了明显的吸收峰，说明所制备的转光膜可被此范围内波长有效激发；图7为740nm波长监测下所得的激发光谱，图中在400~600nm中出现明显激发峰，属于Ti3+的特征激发峰，说明该转光膜可被绿光激发；图8为在500nm波长下激发所得的发射光谱，740nm波长处显示出明显的发射峰，属于Ti3+的特征发射峰，说明该转光膜可发射近红外光。
实施例3
本实施例提供一种植物转光膜，包括甲基丙烯酸酯（MMA）、荧光粉以及塑料薄膜（如聚氯乙烯），三者通过滴涂法制备。荧光粉激活剂与MMA质量比为1:15。荧光粉的化学组成为SrAl11.9O19:0.1Ti。
其制备方法与实施例1一致。
对本实施例中得到的转光膜进行分析，结果如图9~图10所示。图9为740nm波长监测下所得的激发光谱，图中在400~600nm中出现明显激发峰，属于Ti3+的特征激发峰，说明该转光膜可被绿光激发；图10为在500nm波长下激发所得的发射光谱，740 nm波长处显示出明显的发射峰，属于Ti3+的特征发射峰，说明该转光膜可发射近红外光。
本实施例提供的植物转光膜的性能与实施例1的类似。
实施例4
本实施例提供一种植物转光膜，包括甲基丙烯酸酯（MMA）荧光粉以及塑料薄膜（如聚氯乙烯），三者通过滴涂法制备得到。该转光膜的荧光粉的组成为CaAl11.999O19:0.001Cr，其余条件及其制备均与实施例1一致。
对本实施例中得到的转光膜进行分析，结果如图11~图12所示。图11为692nm波长监测下所得的激发光谱，图中在300~650nm中出现明显激发峰，属于Ti3+的特征激发峰，说明该转光膜可被绿光激发；图12为在420nm波长下激发所得的发射光谱，692 nm波长处显示出明显的发射峰，属于Ti3+的特征发射峰，说明该转光膜可发射近红外光。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种植物转光膜，其特征在于，包括塑料薄膜和涂覆在塑料薄膜上的复合材料，所述复合材料包括树脂和荧光粉，所述荧光粉为MAl12-xO19:xTM，其中M为Sr2+或Ca2+，TM为Ti3+或Cr3+；x为0.001~0.1。
2.根据权利要求1所述植物转光膜，其特征在于，所述M为Sr2+。
3.根据权利要求1所述植物转光膜，其特征在于，所述TM为Ti3+。
4.根据权利要求3所述植物转光膜，其特征在于，所述荧光粉为SrAl11.999O19: 0.001Ti。
5.根据权利要求1所述植物转光膜，其特征在于，所述荧光粉通过如下方法制备得到：将含M的化合物、含Al的化合物和含TM的化合物混合，于1400~1600℃条件下烧结4~8h，即得到所述荧光粉。
6.根据权利要求1所述植物转光膜，其特征在于，所述树脂为甲基丙烯酸酯MMA。
7.根据权利要求1所述植物转光膜，其特征在于，所述荧光粉和树脂的质量比为1:10~1:100。
8.根据权利要求1所述植物转光膜，其特征在于，所述塑料薄膜为聚氯乙烯或聚乙烯。
9.权利要求1~8任一所述植物转光膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将荧光粉和树脂充分搅拌混匀后，滴加到塑料薄膜上，最后用光照进行固化，即得到所述植物转光膜。
10.权利要求1~8任一所述植物转光膜在大棚种植中的应用。
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