CN114956555A - 一种转光透光一体化玻璃板 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及功能转光材料领域，具体公开了一种转光透光一体化玻璃板。转光透光一体化玻璃板包括中空玻璃组件和转光玻璃板，中空玻璃组件包括中空玻璃板和均匀设置在中空玻璃中的LED蓝光灯珠，中空玻璃板的底面和转光玻璃板的顶面连接，中空玻璃板上涂覆有疏水增透膜；转光玻璃板由包括如下重量份的原料制成：碳酸钙、二氧化硅、偏锑酸和稀土发光材料；稀土发光材料包括氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕。本申请的转光透光一体化玻璃板在解决大棚农业补光照明增产增质增量的同时节能高效，降低成本，解决投入经济性问题，对于农户可实现三低三高：投入低、使用成本低、耗材低，产量高、周转率高、收入高。

Description

一种转光透光一体化玻璃板
技术领域
本申请涉及功能材料技术领域，更具体地说，它涉及一种转光透光一体化玻璃板。
背景技术
农作物的生长和收成与光合作用密切相关，叶绿素只对蓝色光和红色光有较强的吸收，然而，在垂直入射到地面的日光光谱中，绿光成分最多，红光和蓝光成分相对较少。所以，为了增加对农作物的红光和蓝光的照射强度，促进农作物生长和增产，需要将自然光更多的转化成红光和或绿光，为此，人们研发了光转换材料，例如植物生长荧光灯(温室大棚补光技术)、农用转光膜等。
农用转光膜，就是将光致发光材料作为助剂掺入塑料中吹成的农膜，其能够有效地将日光中的绿光或紫外光转换成红光和蓝光，促进植物生长发育，减少病虫害、降低植物生长周期，但是农用转光膜一般耐候性和后加工性能较差，加之废弃的农膜易造成环境污染，所以在实际应用过程中，具有一定的局限性。
温室大棚补光技术是利用人工模拟的红光和蓝光对农作物进行照射，即在一个大棚中放置若干植物生长荧光灯，给农作物提供红光和蓝光，从而提高农作物的产量和质量，后期不会污染环境，但是，温室大棚补光技术采用人工模拟光，耗电大，耗能严重，且补光设备(灯具)单价昂贵，成本高。
发明内容
为了减少能耗、降低成本，本申请提供一种转光透光一体化玻璃板。
本申请提供一种转光透光一体化玻璃板，采用如下的技术方案：
一种转光透光一体化玻璃板，包括中空玻璃组件和转光玻璃板，所述中空玻璃组件包括中空玻璃板和均匀设置在中空玻璃中的若干LED蓝光灯珠，所述中空玻璃板的底面和转光玻璃板的顶面连接，所述中空玻璃板上涂覆有疏水增透膜；
所述转光玻璃板由包括如下重量份的原料制成：
碳酸钙1000-1200份、二氧化硅200-260份、偏锑酸470-520份和稀土发光材料5-11份；
所述稀土发光材料包括氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕。
通过采用上述技术方案，稀土发光材料中含有氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕，稀土发光材料可将紫外线转换为红光，提高自然光中红光比重，且不影响蓝光透过。使用本申请制得的转光透光一体化玻璃板用于农作培育，白天，自然光充足，LED蓝光灯珠不通电，转光玻璃板将部分自然光转化为红光；当自然光不足，LED蓝光灯珠通电，提供蓝光。疏水增透膜的设置可提高自然光的透率，从而可提高农作物的生长效率。
与传统的温室大棚补光技术相比，本申请转光透光一体化玻璃板更多的是利用自然光，至少能节约80％以上电能，也无需散热灯具，成本至少降低50％。此外，本申请的转光透光一体化玻璃板能提供大面积平板光源，采用面发光，发光均匀，照射均匀，有利于提高农作物的整体质量；转光透光一体化玻璃板以自然光为主，辅助辅助人工光，红光和蓝光比例不是固定不变的，适合于一般的农作物，应用范围广。实际应用中，可将转光透光一体化玻璃板应用于半开放的大棚蔬果种植补光，种植叶菜蔬菜、苗木等。
优选的，所述稀土发光材料为氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕，且所述氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕的质量比为(1-1.5)：(1-1.2)：(10-13)：(0.3-0.4)。最优选的，所述氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕的质量比为1.11:1.19:12.2:0.39。
通过采用上述技术方案，氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕的质量比为(1-1.5)：(1-1.2)：(10-13)：(0.3-0.4)，此时，稀土发光材料的发射光谱为630-650nm，利于植物生长。当氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕的质量比为1.11:1.19:12.2:0.39，发射光谱最强。
稀土发光材料中的Si还能作还原剂，效地把玻璃中的极大部分Eu3+还原成Eu2+,获得了含Eu2+的优质透明的玻璃。
优选的，所述稀土材料由以下制备方法制得：
按配方比例将氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕和酒精混合均匀，自然干燥，随后在压力为0.8-1.3MPa的还原气氛中，以15-30℃/min的速率升温至1750-1850℃，保温1-2h，冷却至室温，研磨，过筛，得到稀土发光材料；
所述还原气氛为氮气和氢气，其中，所述氮气占90-95％，所述氢气占5-10％。
进一步优选，按配方比例将氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕和酒精混合均匀，自然干燥，随后在压力为1MPa的还原气氛(95％氮气+5％氢气)中，以25℃/min的速率升温至1850℃，随后在1850℃下保温2h，冷却至室温，研磨，过筛，得到稀土发光材料。
通过采用上述技术方案，有利于将稀土材料中的Eu3+还原成Eu2+，有利于转光玻璃将更多的自然光转化为红光。
优选的，所述转光玻璃板的原料还包括三氧化二铝、氧化硼和氧化镁中的至少一种。
优选的，所述转光玻璃板的原料还包括三氧化二铝、氧化硼和氧化镁，以转光玻璃板的总量计，所述三氧化二铝为50-100份，所述氧化硼为80-250份，所述氧化镁为50-100份。
通过采用上述技术方案，三氧化二铝的加入有利于提高转光玻璃液的粘度，提高产品的智联；氧化硼的加入能增强转光玻璃的稳定性；氧化镁的加入能提高光转光玻璃板的光洁度。
优选的，所述氧化硼和二氧化硅的质量比为0.77-0.92；进一步优选为0.8、0.83、0.85。
通过采用上述技术方案，氧化硼和二氧化硅的质量比为0.77-0.92时，转光玻璃中的稀土离子的发光性较好，λ为610-650nm。
优选的，所述转光玻璃板由以下制备方法制得：
按配方比例将各原料充分混合，研磨，从室温开始升温至300-350℃，保温1.5-2.5h，然后冷却至室温、磨碎、升温至1180-1250℃，熔融2-3h，然后在还原气氛下保温1-2h，浇注到模具内，逐渐冷却至室温，抛光，得到透明的转光玻璃板；
所述还原气氛为氮气和氢气，其中，所述氮气占90-95％，所述氢气占5-10％。
进一步优选，按配方比例将各原料充分混合，研磨，从室温开始升温至300℃，保温2h，然后冷却至室温、磨碎、升温至1200℃，熔融2-3h，然后在还原气氛(95％氮气+5％氢气)中保温2h，浇注到模具内，逐渐冷却至室温，抛光，得到透明的转光玻璃板。
通过采用上述技术方案，制得的转光玻璃板的品质好，且转光能力强。在H2+N2中的还原气氛中，转光玻璃板中铕离子的价态为+2价，有助于将体系中的所有Eu3+还原成Eu2+，从而可得到透明的优质转光玻璃板。这比在空气、或CO中还原更强，因为在空气中合成的转光玻璃板中铕离子的价态为+3价，在CO中合成的玻璃样品中铕离子的价态为+3价和+2价并存。
优选的，所述转光玻璃板的厚度为1.2-1.7mm；进一步优选为1.3-1.5mm。
转光玻璃的厚度太小(小于1.2mm)，玻璃的强度弱，易脆裂，厚度太大(大于1.7mm)，发光强度减弱，同时增加材料成本，因此，转光玻璃板的厚度为1.2-1.7mm，优选为1.3-1.5mm。
原来颗粒的大小、对熔制工艺和转光玻璃板的质量有影响，原料颗粒过大或过小，都不易熔融均匀和彻底，影响质量。本申请中，碳酸钙的密度2.56-2.72g/cm3、二氧化硅密度2.55-2.68g/cm3、偏锑酸的密度2.5-2.6g/cm3。
优选的，所述疏水增透膜为疏水增透膜，所述疏水增透膜的由疏水二氧化硅纳米粒子和聚硅氧烷溶胶按质量比为10：(1-5)的制得。
进一步优选，所述疏水增透膜的由疏水二氧化硅纳米粒子和聚硅氧烷溶胶按质量比为10：4的制得。
通过采用上述技术方案，可制得透光率为90％-95％，接触角为145°-156°的透明疏水增透膜。透明疏水增透膜能增强自然光的透过率，且具有优异的自清洁能力。
转光透光一体化玻璃板是露天使用，使用一段时间后对堆积灰尘、污垢等，而疏水增透膜的接触角为140°-156°，达到超疏水状态，具有优异的自清洁能力，可减少人工清洁的人力物力财力。
当疏水二氧化硅纳米粒子和聚硅氧烷溶胶按质量比为10：4的制得时，疏水增透膜的透光率最佳，可达94.52％。
聚硅氧烷溶胶交联程度越大，疏水性越大，但是透光率越小，本申请中，聚硅氧烷溶胶交联程度为70％-85％，进一步优选为80％-83％。
优选的，所述疏水纳米粒子由六甲基二硅氮烷对二氧化硅纳米粒子水性改性制得。
所述二氧化硅纳米粒子的粒径为30-35nm。
二氧化硅纳米粒子的粒径为30-35nm，粒径足够小，得到的疏水增透膜的表面粗糙都很小，有利于得到透明的疏水增透膜。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
本申请的转光透光一体化玻璃板在解决大棚农业补光照明增产增质增量的同时节能高效，降低成本，解决投入经济性问题，比起人工增光可节约80％的电能，无需散热灯具，成本至少降低50％，生长效率提高50％-100％，对于农户可实现三低三高：投入低、使用成本低、耗材低，产量高、周转率高、收入高。
附图说明
图1是本申请实施例转光透光一体化玻璃板的剖视图。
附图说明：1、中空玻璃组件；11、中空玻璃板；12、LED蓝光灯珠；2、转光玻璃板；3、疏水增透膜。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
稀土发光材料制备例
稀土发光材料制备例1
称取10g氮化钙、10g氮化硅、100g氮化铝和3g氮化铕原料放置于玛瑙碾钵中，加入少量酒精混合均匀，得到混合料；待混合料自然干燥后，将混合料移至BN坩埚中，放置在充满95％N2和5％H2的还原气氛的高温气压炉内，炉内气压为0.8MPa，并以15℃/min的速率升温至1750℃，然后保温2h；待冷却至室温后取出样品，再次进行研磨，过筛，得到颗粒均匀的稀土发光材料1。
稀土发光材料制备例2
称取15g氮化钙、12g氮化硅、130g氮化铝和4g氮化铕原料放置于玛瑙碾钵中，加入少量酒精混合均匀，得到混合料；待混合料自然干燥后，将混合料移至BN坩埚中，放置在充满95％N2和5％H2的还原气氛的高温气压炉内，炉内气压为1.3MPa，并以30℃/min的速率升温至1850℃，然后保温1h；待冷却至室温后取出样品，再次进行研磨，过筛，得到颗粒均匀的稀土发光材料2。
稀土发光材料制备例3
称取11.1g氮化钙、11.9g氮化硅、122g氮化铝和3.9g氮化铕原料放置于玛瑙碾钵中，加入少量酒精混合均匀，得到混合料；待混合料自然干燥后，将混合料移至BN坩埚中，放置在充满95％N2和5％H2的还原气氛的高温气压炉内，炉内气压为1MPa，并以25℃/min的速率升温至1850℃，然后保温2h；待冷却至室温后取出样品，再次进行研磨，过筛，得到颗粒均匀的稀土发光材料3。
稀土发光材料制备例4
称取10g氮化钙、10g氮化硅、10g氮化铝和10g氮化铕原料放置于玛瑙碾钵中，加入少量酒精混合均匀，得到混合料；待混合料自然干燥后，将混合料移至BN坩埚中，放置在充满95％N2和5％H2的还原气氛的高温气压炉内，炉内气压为1MPa，并以25℃/min的速率升温至1850℃，然后保温2h；待冷却至室温后取出样品，再次进行研磨，过筛，得到颗粒均匀的稀土发光材料4。
稀土发光材料制备例5
称取11.1g氮化钙、11.9g氮化硅、122g氮化铝和3.9g氮化铕原料放置于玛瑙碾钵中，加入少量酒精混合均匀，得到混合料；待混合料自然干燥后，将混合料移至BN坩埚中，放置在充满CO的还原气氛的高温气压炉内，炉内气压为1MPa，并以25℃/min的速率升温至1850℃，然后保温2h；待冷却至室温后取出样品，再次进行研磨，过筛，得到颗粒均匀的稀土发光材料5。
稀土发光材料1-5的发射光谱λ为630-660nm，发光强度排序如下：
稀土发光材料3＞稀土发光材料2＞稀土发光材料1＞稀土发光材料5＞稀土发光材料4。
转光玻璃板制备例
转光玻璃板制备例1
将1000g碳酸钙、200g二氧化硅、520g偏锑酸和11g稀土发光材料1充分混合，研磨；移入氧化铝坩埚中，然后将坩埚置于箱式高温炉中，从室温开始升温至300℃，在300℃下保温2.5h，然后冷却至室温，取出、磨碎，再移入氧化铝坩埚中，将坩埚重新置于箱式高温炉中，升温至1180℃，在1180℃下熔融3h，然后在还原气氛(95％氮气和5％氢气)中保温2h，浇注到不锈钢模具中，逐渐冷却至室温，抛光，得到透明的转光玻璃板1。
转光玻璃板制备例2
将1200g碳酸钙、260g二氧化硅、470g偏锑酸和5g稀土发光材料1充分混合，研磨；移入氧化铝坩埚中，然后将坩埚置于箱式高温炉中，从室温开始升温至350℃，在350℃下保温1.5h，然后冷却至室温，取出、磨碎，再移入氧化铝坩埚中，将坩埚重新置于箱式高温炉中，升温至1250℃，在1250℃下熔融2h，然后在还原气氛(95％氮气和5％氢气)中保温2h，浇注到不锈钢模具中，逐渐冷却至室温，抛光，得到透明的转光玻璃板2。
转光玻璃板制备例3
将1000g碳酸钙、250g二氧化硅、485g偏锑酸和9g稀土发光材料1充分混合，研磨；移入氧化铝坩埚中，然后将坩埚置于箱式高温炉中，从室温开始升温至300℃，在300℃下保温2h，然后冷却至室温，取出、磨碎，再移入氧化铝坩埚中，将坩埚重新置于箱式高温炉中，升温至1200℃，在1200℃下熔融2h，然后在还原气氛(95％氮气和5％氢气)中保温2h，浇注到不锈钢模具中，逐渐冷却至室温，抛光，得到透明的转光玻璃板3。
转光玻璃板制备例4
将1000g碳酸钙、250g二氧化硅、485g偏锑酸、50g三氧化二铝、80g氧化硼、100g氧化镁和9g稀土发光材料1、充分混合，研磨；移入氧化铝坩埚中，然后将坩埚置于箱式高温炉中，从室温开始升温至300℃，在300℃下保温2h，然后冷却至室温，取出、磨碎，再移入氧化铝坩埚中，将坩埚重新置于箱式高温炉中，升温至1200℃，在1200℃下熔融2h，然后在还原气氛(95％氮气和5％氢气)中保温2h，浇注到不锈钢模具中，逐渐冷却至室温，抛光，得到透明的转光玻璃板4。
转光玻璃板制备例5
将1000g碳酸钙、250g二氧化硅、485g偏锑酸、100g三氧化二铝、250g氧化硼、50g氧化镁和9g稀土发光材料1、充分混合，研磨；移入氧化铝坩埚中，然后将坩埚置于箱式高温炉中，从室温开始升温至300℃，在300℃下保温2h，然后冷却至室温，取出、磨碎，再移入氧化铝坩埚中，将坩埚重新置于箱式高温炉中，升温至1200℃，在1200℃下熔融2h，然后在还原气氛(95％氮气和5％氢气)中保温2h，浇注到不锈钢模具中，逐渐冷却至室温，抛光，得到微黄的转光玻璃板5。
转光玻璃板制备例6
将1000g碳酸钙、250g二氧化硅、485g偏锑酸、50g三氧化二铝、207g氧化硼、100g氧化镁和9g稀土发光材料1、充分混合，研磨；移入氧化铝坩埚中，然后将坩埚置于箱式高温炉中，从室温开始升温至300℃，在300℃下保温2h，然后冷却至室温，取出、磨碎，再移入氧化铝坩埚中，将坩埚重新置于箱式高温炉中，升温至1200℃，在1200℃下熔融2h，然后在还原气氛(95％氮气和5％氢气)中保温2h，浇注到不锈钢模具中，逐渐冷却至室温，抛光，得到透明的转光玻璃板6。
转光玻璃板制备例7
转光玻璃板制备例7-10与转光玻璃板制备例6的区别仅在于，稀土发光材料不同，其余均与转光玻璃板制备例6保持一致。转光玻璃板制备例7-10中采用的稀土发光材料具体如下表1所示。
表1
转光玻璃板制备例 稀土发光材料
转光玻璃板制备例6 稀土发光材料1
转光玻璃板制备例7 稀土发光材料2
转光玻璃板制备例8 稀土发光材料3
转光玻璃板制备例9 稀土发光材料4
转光玻璃板制备例10 稀土发光材料5
转光玻璃板制备例1-10的发射光谱，λ为630-660，发光强度的大小如下表2所示。
表2
Figure BDA0003702589380000071
Figure BDA0003702589380000081
疏水增透膜制备例
疏水增透膜制备例1
疏水二氧化硅纳米粒子和聚硅氧烷溶胶按质量比为10：1混合均匀，涂覆，得到疏水增透膜1。疏水增透膜1的透光率为92.35％，接触角为150°。
疏水增透膜制备例2
疏水二氧化硅纳米粒子和聚硅氧烷溶胶按质量比为10：4混合均匀，涂覆，得到疏水增透膜2。疏水增透膜2的透光率为94.52％，接触角为150°。
疏水增透膜制备例3
疏水二氧化硅纳米粒子和聚硅氧烷溶胶按质量比为10：5混合均匀，涂覆，得到疏水增透膜3。疏水增透膜3的透光率为93.87％，接触角为150°。
实施例
如图1所示，一种转光透光一体化玻璃板，包括中空玻璃组件1和转光玻璃板2，中空玻璃组件1包括中空玻璃板11和均匀设置在中空玻璃中的若干LED蓝光灯珠12，中空玻璃板11顶面涂覆有疏水增透膜3，中空玻璃板11的底面和转光玻璃板2的顶面连接，在一些实施方式中，中空玻璃板11与转光玻璃板2之间可以用UV胶水粘接，LED蓝光灯珠12和转光玻璃板2之间的距离为0.1-0.5mm，转光玻璃板2的厚度为1.2-1.7mm。
实施例1-12
实施例1-12中，疏水增透膜和转光玻璃板的选择具体如下表3所示。
表3
Figure BDA0003702589380000082
Figure BDA0003702589380000091
对比例
对比例1
采用温室大棚补光技术。
性能检测试验
用实施例11制得的转光透光一体化玻璃板和温室大棚补光技术分别种植农作物，对比如下表4所示。
表4
对比项目 转光透光一体化保温板 温室大棚补光
光线均匀性 好 较好
平均每天耗电量/度 4 36
平均每亩增产％ 50％ 15％
平均每亩种植成本/元 1340 3510
使用寿命/h 60000 8000
适合种植品类 全部蔬菜、花卉 高价值精细蔬菜
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种转光透光一体化玻璃板，其特征在于：包括中空玻璃组件(1)和转光玻璃板(2)，所述中空玻璃组件(1)包括中空玻璃板(11)和均匀设置在中空玻璃中的若干LED蓝光灯珠(12)，所述中空玻璃板(11)的底面和转光玻璃板(2)的顶面连接，所述中空玻璃板(11)上涂覆有疏水增透膜(3)；
所述转光玻璃板(2)由包括如下重量份的原料制成：
碳酸钙1000-1200份、二氧化硅200-260份、偏锑酸470-520份和稀土发光材料5-11份；
所述稀土发光材料包括氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕。
2.根据权利要求1所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述稀土发光材料为氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕，且所述氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕的质量比为（1-1.5）：（1-1.2）：（10-13）：（0.3-0.4）。
3.根据权利要求2所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述稀土材料由以下制备方法制得：
按配方比例将氮化钙、氮化硅、氮化铝和氮化铕和酒精混合均匀，自然干燥，随后在压力为0.8-1.3MPa(1MPa)的还原气氛中，以15-30℃/min的速率升温至1750-1850℃，保温1-2h，冷却至室温，研磨，过筛，得到稀土发光材料；
所述还原气氛为氮气和氢气，其中，所述氮气占90-95%，所述氢气占5-10%。
4.根据权利要求1所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述转光玻璃板(2)的原料还包括三氧化二铝、氧化硼和氧化镁中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述转光玻璃板(2)的原料还包括三氧化二铝、氧化硼和氧化镁，以转光玻璃板(2)的总量计，所述三氧化二铝为50-100份，所述氧化硼为80-250份，所述氧化镁为50-100份。
6.根据权利要求5所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述氧化硼和二氧化硅的质量比为0.77-0.92。
7.根据权利要求1或6所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述转光玻璃板(2)由以下制备方法制得：
按配方比例将各原料充分混合，研磨，从室温开始升温至300-350℃，保温1.5-2.5h，然后冷却至室温、磨碎、升温至1180-1250℃，熔融2-3h，然后在还原气氛下保温1-2h，浇注到模具内，逐渐冷却至室温，抛光，得到透明的转光玻璃板(2)；
所述还原气氛为氮气和氢气，其中，所述氮气占90-95%，所述氢气占5-10%。
8.根据权利要求7所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述转光玻璃板(2)的厚度为1.2-1.7mm。
9.根据权利要求1所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述疏水增透膜(3)的由疏水二氧化硅纳米粒子和聚硅氧烷溶胶按质量比为10：（1-5）的制得。
10.根据权利要求1所述的转光透光一体化玻璃板，其特征在于：所述疏水纳米粒子由六甲基二硅氮烷对二氧化硅纳米粒子水性改性制得。
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