CN110089312A - 一种基于热响应液体门控的大棚膜及其在大棚中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热响应液体门控的大棚膜及其在大棚中的应用，本发明基于液体门控微孔道薄膜系统的作用机理，将修饰热响应物质的微孔道薄膜与门控液体结合在一起，形成一种智能响应性门控。在热场作用下，它能够高效智能地调控气体输运，并最终应用于大棚内部环境的温度调控。这样，液体门控体系对于气体输运的智能调控作用可以使得大棚内的环境温度一直处于适宜动植物生长的范围。

Description

一种基于热响应液体门控的大棚膜及其在大棚中的应用

技术领域

本发明涉及一种基于热响应液体门控的膜及其在大棚中的应用，属于功能材料和器件领域。

背景技术

动植物都有一定的适合其生长的最佳温度范围，尤其是大棚中的动植物，在夏天由于是在封闭状态，特别容易受到高温影响。因此，目前出现了智能大棚。

CN201410614154.X公开了一种智能大棚，所述的大棚设有保湿幕和遮阳幕；所述的保湿幕为大棚骨架采用镀锌钢管圆弧拱连栋结构，覆盖双层塑料膜，内层为无滴膜，外层为长寿膜，层内用充气机连续充气；所述的遮阳幕由正反转电机通过传动机构驱动卷轴，控制其开合。其依靠遮阳幕的开与合来实现温度的调节。

CN201710311971.1公开了一种智能生态大棚，包括棚体，棚体主要由支撑框架构成，支撑框架外覆膜，支撑框架的顶部为层状结构，自上向下依次设置遮阳层、保温被层、真空层、内遮阴层以及玻璃层；大棚的两侧设置环流风机，大棚的中部设置温控风机，大棚的下部开有两口地下水井，两口地下水井可以通过地下水通道进行循环，大棚的两侧设置多排房屋，房屋的一旁设置鱼池，大棚的内部还设置地上水箱。该发明利用地下水的低温，控制大棚内的温湿度。

CN201710288533.8公开了一种智能种植大棚，包括控制系统、喷淋装置、通风装置、棚体和空间调节装置，所述棚体包括呈矩形框架结构的支撑体以及设在所述支撑体顶部的顶棚，所述顶棚下方设有所述通风装置和所述喷淋装置，所述支撑体的前后侧壁上分别设有入口，所述喷淋装置、所述通风装置和所述空间调节装置分别与所述控制系统电连接。该发明利用通风和喷淋装置来调节温度。

综上，现有的大棚，大多是通过遮阳幕的开合、通风淋浴系统等来调节大棚的温度。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种基于热响应液体门控的膜及其在大棚中的应用。

本发明的技术方案为：

一种基于热响应液体门控的膜在大棚中的应用，其用于控制大棚中的温度；所述的基于热响应液体门控的膜包括微孔道薄膜和门控液体，门控液体至少部分浸润所述微孔道薄膜且两者配合形成流体门控通道，门控液体和/或微孔道薄膜通过对热响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的开关临界压强，从而智能调控气体通过所述流体门控通道，其中所述气体和所述门控液体不互溶。

在本发明的一实施例中，所述门控液体的亲疏水性、粘度或形态随温度的变化而改变。

在本发明的另一实施例中，所述微孔道薄膜的孔径、化学结构或与所述门控液体的浸润性随温度的变化而改变。

在本发明中，所述的大棚包括一主体，所述主体在温度较高时，热响应液体门控系统打开，气体通过上下夹持件的气体输运通道进行释放，与外界环境进行热交换。

在本发明中，所述热响应液体门控膜包括修饰有热响应物质的薄膜与门控液体，构成一种智能热响应门控，能够高效智能地调控气体运输，并最终应用于大棚内部环境的温度调控。当大棚内温度较高，高于热响应液体门控薄膜系统的浸润性转变温度时，门控液体与薄膜的作用力较弱，气体过膜临界压强较低，门控系统打开，气体可以与外界环境进行热交换，大棚内环境温度降低。当大棚内温度低于热响应液体门控薄膜系统的浸润性转变温度时，门控液体与薄膜的作用力较强，气体过膜临界压强升高，门控系统关闭，从而对大棚内环境进行保温。

在本发明中，所述主体包括密封材料、夹持装置、热响应液体门控膜和腔体，所述夹持装置包括上夹持件和下夹持件，所述密封材料处于上夹持件和下夹持件之间，所述热响应液体门控膜处于密封材料配合于上夹持件和下夹持件之间，所述腔体为下夹持件下方密封腔室。

在本发明中，所述的大棚包括蔬菜大棚、水产养殖大棚或是畜牧养殖大棚。

本发明的又一技术方案为：

一种基于热响应液体门控的大棚膜，其特征在于：所述的基于热响应液体门控的膜包括微孔道薄膜和门控液体，门控液体至少部分浸润所述微孔道薄膜且两者配合形成流体门控通道，门控液体和/或微孔道薄膜通过对热响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的压强，从而控制气体通过所述流体门控通道，其中所述气体和所述门控液体不互溶。

本发明涉及一种基于热响应液体门控的膜技术在智能大棚中的应用，基于液体门控微孔道薄膜系统的作用机理，将修饰热响应物质的微孔道薄膜与门控液体结合在一起，形成一种智能响应性门控。在热场作用下，它能够高效智能地调控气体输运，并最终应用于大棚内部环境的温度调控。这样，液体门控体系对于气体输运的智能调控作用可以使得大棚内的环境温度一直处于适宜动植物生长的范围。

本发明的优点：

热响应与液体门控薄膜系统的结合在农业生产中具有重大意义。在农业生产中需要将大棚内的温度维持在适宜动植物生长的范围内，通过热响应的液体门控系统则可以实现这一目标。当正午高温时，浸有水性门控液体的多孔大棚膜疏水，与水性门控液体的作用力较低，具有较低的气体过膜临界压强，在一定的压力下，气体可以通过大棚膜释放，随之带来热交换；反之当夜晚低温时，大棚膜亲水，与水性门控液体的作用力强，具有较高的气体过膜临界压强，不能透过气体，阻止了与外界大气环境的热交换，从而实现对大棚内温度的智能调控。

1.一种利用门控液体作为门控的开关机制。

2.一种装置通过温度控制、合理搭配门控液体和微孔道薄膜实现对大棚内温度的智能调控。

3.通过在微孔道薄膜上修饰不同的热响应物质，可以调节微孔道薄膜的浸润性转变温度，以适应大部分动植物的生长条件。

附图说明

图1为本发明热响应液体门控薄膜系统原理图

图2为本发明具有热响应性的液体门控薄膜在大棚中的应用示意图。

其中，A为侧视图；B为俯视图。

1为门控液体，2为微孔道薄膜，3为输运气体，4为在热响应液体门控薄膜系统中通入输运气体，5为升高温度，6为降低温度。

7、8为夹持装置，9为大棚模拟器件内腔体，10为密封材料，11为热响应的液体门控薄膜系统，12为夹持装置上的气体释放通道。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明的液体门控系统，包括门控液体1和微孔道薄膜2。门控液体1至少部分浸润所述微孔道薄膜2且两者配合形成流体门控通道。在本实施例中，门控液体1完全浸润所述微孔道薄膜2。

门控液体1将微孔道薄膜2的网孔封闭在闭合状态，工作时，对门控液体1和/或微孔道薄膜2施加温度刺激，门控液体1和/或微孔道薄膜2通过对刺激响应而发生物理变化或化学变化以改变流体门控通道的压强，通过改变温度使流体门控通道的压强达到气体通过的压强阈值时，形成微孔道薄膜2的孔内由门控液体1开启的小孔，从而控制气体通过流体门控通道。

参考图2，作为一种实施方式，热响应液体门控系统还包括一主体，主体由密封材料10、夹持装置7和8、热响应液体门控膜11和腔体9共同构成。具体的，所述夹持装置包括上夹持件7和下夹持件8，所述密封材料10处于于上夹持件7和下夹持件8之间，所述热响应液体门控膜11处于密封材料10配合于上夹持件7和下夹持件8之间，所述腔体9为下夹持件下方密封腔室。此外，在上夹持件和下夹持件两侧还具有气体释放通道12。

该装置具体工作时，将某种功能液体作为门控液体1注入多孔薄膜2中形成热响应的液体门控薄膜系统11，用密封材料10和夹持装置7、8将热响应的液体门控薄膜系统11密封起来。在腔体9内施加一个与外界大气环境的压力差ΔP，控制在适宜动植物生长的范围内。当外界温度升高，高于热响应的液体门控薄膜系统11的浸润性转变温度时，热响应的液体门控薄膜系统11中的液体门控打开，大棚模拟器件内腔体9中的气体得到释放，并与外界进行热交换；反之，当外界温度降低，低于热响应的液体门控薄膜系统11的浸润性转变温度时，热响应的液体门控薄膜系统11的液体门控关闭，阻止了与外界环境的热交换，从而智能调控大棚模拟器件9内的温度，使温度维持在适宜大多数动植物生长的范围内。此外，通过对热响应性分子进行端基修饰、调节分子量以及改变门控液体1等操作也可以调节大棚膜的浸润性转变温度,使之能够满足大多数动植物的生长条件。

一.门控液体具有智能响应

实施例1

选择一种具有温度响应性的门控液体作为门控液体，包括但不限于液体石蜡及甘油，以石蜡为例，将其在不锈钢网中扩散溶解，形成具有温度响应性的液体门控网膜。按照图2所示进行密封，11处的液体门控网膜作为物质传输通道。将该体系嵌置于大棚膜上，大棚中的空气通过11处的液体门控网膜进行交换，通过改变温度，调节门控液体的粘度及其与不锈钢网的作用力，智能调控气体输运过程。不同的温度时，气体通过门控的临界压强不同，选择介于高低温临界压强的气压值施加于大棚中，当温度升高时，门控液体粘度降低，气体过膜临界压强降低，门控系统打开，大棚中的空气与大气流通，大棚内环境温度降低；当温度降低时，门控液体粘度升高，气体过膜临界压强升高，门控系统关闭，大棚中的空气停止与大气流通，对大棚内环境进行保温。

实施例2

选择一种具有温度响应性的材料作为薄膜，包括但不限于亲水的PTFE、PVDF、尼龙、PET，以尼龙为例，将甘油作为门控液体浸润到薄膜中，形成具有温度响应性的液体门控薄膜。按照图2所示进行密封，11处的液体门控薄膜作为物质输运通道。将该体系嵌置于大棚膜上，大棚中的空气通过11处的液体门控薄膜进行交换，通过改变温度，调节甘油的粘度及与薄膜孔道的作用力，智能调控气体输运过程。不同的温度时，气体通过门控的临界压强不同，选择介于高低温临界压强的气压值施加于大棚中，当温度升高时，甘油粘度降低，气体过膜临界压强降低，门控系统打开，大棚中的空气与大气流通，大棚内环境温度降低；当温度降低时，甘油粘度升高，气体过膜临界压强升高，门控系统关闭，大棚中的空气停止与大气流通，对大棚内环境进行保温。

二.微孔道薄膜具有智能响应

实施例3

选择一种具有温度响应性的功能材料修饰于尼龙微孔道薄膜上，包括但不限于PNIPAAm，将甘油作为门控液体浸润到薄膜中，形成具有温度响应性的液体门控薄膜。按照图2所示进行密封，11处的液体门控薄膜作为物质输运通道。将该体系嵌置于大棚膜上，大棚中的空气通过11处的液体门控薄膜进行交换，通过改变温度，调节甘油的粘度及与薄膜孔道的作用力，智能调控气体输运过程。不同的温度时，气体通过门控的临界压强不同，选择介于高低温临界压强的气压值施加于大棚中，当温度升高时，甘油粘度降低，气体过膜临界压强降低，门控系统打开，大棚中的空气与大气流通，大棚内环境温度降低；当温度降低时，甘油粘度升高，气体过膜临界压强升高，门控系统关闭，大棚中的空气停止与大气流通，对大棚内环境进行保温。

Claims (10)

1.一种基于热响应液体门控的大棚膜的应用，其特征在于：其用于控制大棚中的温度；其中，所述的基于热响应液体门控的膜包括微孔道薄膜和门控液体，门控液体至少部分浸润所述微孔道薄膜且两者配合形成流体门控通道，门控液体和/或微孔道薄膜通过对热响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的压强，从而控制气体通过所述流体门控通道，其中所述气体和所述门控液体不互溶。

2.根据权利要求1所述的一种基于热响应液体门控的大棚膜的应用，其特征在于：所述门控液体的亲疏水性、粘度或形态随温度的变化而改变。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于热响应液体门控的膜在大棚中的应用，其特征在于：所述微孔道薄膜的孔径、化学结构或与所述门控液体的浸润性随温度的变化而改变。

4.一种基于热响应液体门控的大棚膜的应用，其特征在于：其用于控制大棚中的温度，其中，所述的大棚包括一主体，所述主体在温度较高时，基于热响应液体门控大棚膜中的热响应液体门控系统打开，气体通过上下夹持件的气体输运通道进行释放，与外界环境进行热交换。

5.根据权利要求4所述的一种基于热响应液体门控的大棚膜的应用，其特征在于：所述主体包括有一热响应液体门控膜，所述热响应液体门控膜由修饰有热响应物质的薄膜与门控液体共同构成，相互配合形成一种智能热响应门控。

6.根据权利要求4所述的一种基于热响应液体门控的大棚膜的应用，其特征在于：所述主体包括密封材料、夹持装置、热响应液体门控膜和腔体，所述夹持装置包括上夹持件和下夹持件，所述密封材料处于上夹持件和下夹持件之间，所述热响应液体门控膜处于密封材料配合于上夹持件和下夹持件之间，所述腔体为下夹持件下方密封腔室。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种基于热响应液体门控的大棚膜的应用，其特征在于：所述的大棚包括蔬菜大棚、水产养殖大棚或是畜牧养殖大棚。

8.一种基于热响应液体门控的大棚膜，其特征在于：所述的基于热响应液体门控的膜包括微孔道薄膜和门控液体，门控液体至少部分浸润所述微孔道薄膜且两者配合形成流体门控通道，门控液体和/或微孔道薄膜通过对热响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的压强，从而控制气体通过所述流体门控通道，其中所述气体和所述门控液体不互溶。

9.根据权利要求8所述的一种基于热响应液体门控的大棚膜，其特征在于：所述门控液体的亲疏水性、粘度或形态随温度的变化而改变。

10.根据权利要求8或9所述的一种基于热响应液体门控的大棚膜，其特征在于：所述微孔道薄膜的孔径、化学结构或与所述门控液体的浸润性随温度的变化而改变。