WO2013100795A1 - Светопреобразующий биостимулирующий материал и композиция для его получения - Google Patents

Светопреобразующий биостимулирующий материал и композиция для его получения Download PDF

Info

Publication number
WO2013100795A1
WO2013100795A1 PCT/RU2012/000089 RU2012000089W WO2013100795A1 WO 2013100795 A1 WO2013100795 A1 WO 2013100795A1 RU 2012000089 W RU2012000089 W RU 2012000089W WO 2013100795 A1 WO2013100795 A1 WO 2013100795A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
semiconductor
composition
converting
polymer matrix
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000089
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Максим Сергеевич ВАКШТЕЙН
Арсений Владимирович НАЗАРКИН
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технологический Испытательный Центр "Нанотех-Дубна" (Ооо "Нтиц "Нанотех-Дубна")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технологический Испытательный Центр "Нанотех-Дубна" (Ооо "Нтиц "Нанотех-Дубна") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технологический Испытательный Центр "Нанотех-Дубна" (Ооо "Нтиц "Нанотех-Дубна")
Publication of WO2013100795A1 publication Critical patent/WO2013100795A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/14—Greenhouses
    • A01G9/1438—Covering materials therefor; Materials for protective coverings used for soil and plants, e.g. films, canopies, tunnels or cloches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/243—Collecting solar energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping

Definitions

  • the invention relates to a light-converting covering material for greenhouses and to a composition for producing such a material, while the composition of the material and composition includes photoluminophores.
  • the invention can be used in agriculture and crop production for growing plants in sheltered soil.
  • the present invention allows to significantly increase crop yields by converting part of the ultraviolet radiation into the orange-red region of the spectrum. State of the art
  • One of the main methods that increase the productivity of plants grown indoors is the use of light-converting additives - photoluminophores based on europium compounds as part of light-converting materials used by farmers to protect plants and increase agricultural productivity.
  • the spectral composition of light is an important factor in the regulation of physiological processes of plants. Therefore, any changes in the spectral composition of the incident light can lead to significant changes in the growth and photosynthesis of plants. For example, an increase in irradiation in the region of 450-800 im, while reducing ultraviolet radiation, increase the surface area of the leaf and the accumulation of dry matter of cucumber (Krizek DT, Mireski RN, Baily WA Uniformity of Photosynthetic photon flux and growth of 'Poinsett' cucumber plants under metal halide and Microwave powered sulfur lamps // Biotronics, V.27, p. 81-82).
  • Lig is F, CI, Br, ⁇ , S, Se, which provides the conversion of the ultraviolet component of light into the orange-red part of the spectrum (580-750 nm).
  • This material is made in the form of a film of thermoplastic polymer.
  • the composition for its preparation contains an active additive in an amount of 0.05-1.00 wt.% And a matrix-forming component in an amount of 99.00-99.95 wt.%.
  • the composition contains at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene, a copolymer of ethylene with vinyl acetate (EVA) or polyethylene terephthalate.
  • Such a material converts the ultraviolet component of the spectrum of the light source into red radiation.
  • the coating retains this property only for 300 days, since all oxo-halides and especially oxo-selenides of rare-earth elements in the air and in the presence of moisture are destroyed.
  • thermoplastic co
  • active additive based on europium compounds (RU 2153519 C2, C09K 1 1/06, C08K 5/00, publ. 07.27.2000).
  • thermoplastic polymer high pressure polyethylene, polypropylene, polyamides or polyesters are used. The material provides high efficiency for converting ultraviolet radiation to red spectrum radiation, and maintains high mechanical and optical (in the visible spectrum range) properties of the initial polymer material.
  • Plastic materials are also known, including one or more phosphors, absorbing UV radiation and re-emitting in the longer wavelength region of the spectrum, for example, in the red region of the spectrum with a wavelength of 680 nm and 700 nm. It is this kind of radiation that plants use for photosynthesis (Application US 2010/0307055 A1, A01G 9/14, publ. 09.12.2010).
  • the following compounds are used as phosphors: Ce (Mg, Mn) AlnOi 9 : Cr or (Ba, Ey, Mn, Mg) Al 10 O 17 : Cr.
  • light-converting material including a matrix and at least one composite compound of a rare-earth element, transforming UV radiation into radiation of a different color, with a particle size of from 10 to 1000 nm, and a composition for producing light-converting material, comprising a matrix-forming component and particles of at least one rare earth composite compound in the following ratio of components, wt.%: composite compound - 0.001-10.0; matrix-forming component - the rest, disclosed in the document RU 2407770 C2, C09K 1 1/08, C08K 3/10, publ. 12/27/2010.
  • the invention has the rare earth phosphors have a number of limitations that make it difficult to widespread light-converting covering materials based on them.
  • the rare-earth phosphors that fluoresce in the red spectral region are limited only to europium compounds, which have several characteristic fluorescence peaks, the main of which lies in the range of 610–630 nm.
  • the presence of several luminescent peaks reduces the integrated efficiency of the phosphor at the target wavelength and makes it difficult to isolate the effect of a certain wavelength of the fluorescence of the phosphor on increasing plant yields.
  • the aim of the present invention is to provide a light-converting material and composition, which will increase the share of useful light energy obtained from UV radiation due to the use of a new type of phosphors as semiconductor nanocrystals as an optically active additive.
  • the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in a light-converting covering material for greenhouses, including an optically transparent base and a light-transforming composition deposited on the base and consisting of a polymer matrix and a phosphor, which converts ultraviolet radiation into radiation of other colors, use as a phosphor semiconductor nanocrystals emitting a fluorescence signal in the fluorescence wavelength range of 580-700 nm under the action of sunlight, while the semiconductor Ikov nanocrystal made of semiconductor core and at least one semiconductor shell so that the particle size of nanocrystals comprising the light- composition is in the range of 1 to 100 nm.
  • a new type of phosphors namely, semiconductor nanocrystals (quantum dots) as part of a light-converting sheathing material
  • semiconductor nanocrystals quantum dots
  • a new type of phosphors has unique optical properties, including high photostability, which can reach 20 years.
  • the composition for producing a light-converting covering material includes a polymer matrix and a light-converting compound, while a phosphor is used as the light-converting compound, which is a semiconductor nanocrystal emitting a fluorescence signal in the fluorescence wavelength range of 580-700 nm under the action of sunlight and made of a semiconductor core and at least one semiconductor shell so that the particle size of the nanocrystals is in the range from 1 to 100 nm, in the following ratio of components, wt.%: the specified phosphor is 0.05-0.5% polymer matrix - the rest.
  • the polymer matrix may be made of polycarbonate, polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyvinyl chloride, silicone or polystyrene.
  • acrylic varnish can be used as the polymer matrix.
  • the light-scattering composition may include a light-scattering additive based on TU 2 , Si0 2 , ZnO.
  • FIG. 1 the principle of operation of the light-converting covering material
  • FIG. 2 luminescence spectrum of dispersed photoluminophore based on yttrium oxysulfide activated by europium when excited by UV radiation from an artificial source;
  • FIG. 3 fluorescence spectrum of semiconductor nanocrystals CdSe / CdS / ZnS; Embodiments of the invention
  • Figure 1 shows the principle of action of a covering material that converts most of the ultraviolet radiation into radiation in the orange-red region.
  • the arrows show schematically that when sunlight passes through the covering material, the radiation intensity in the ultraviolet part of the spectrum decreases, while in the red region of the spectrum it increases.
  • the light-converting covering material for greenhouses includes an optically transparent base 1 made of polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene, polypropylene or polyvinyl chloride, and a light-converting composition 2, which is applied to the base 1 and consists of a polymer matrix and a phosphor.
  • the base 1 can also be made of silicate glass. Additionally, the base 1 may contain a protective layer of an ultraviolet absorber.
  • the semiconductor core is made of a semiconductor material selected from the group: CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs, CuInS 2 , CuInSe 2 .
  • the semiconductor nanocrystals are made of a semiconductor core and two semiconductor shells, each of the semiconductor shells made of a semiconductor material selected from the group: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs.
  • the particle size of the nanocrystals is in the range from 1 to 100 nm.
  • the number of semiconductor shells in the composition of semiconductor nanocrystals can be three, four, and five shells, depending on the tasks and the necessary characteristics that need to be obtained. So, when creating three or more shells, it is possible to provide additional photostability of nanocrystals, however, in some cases, this can lead to a decrease in the fluorescence efficiency of phosphors.
  • Example 1 To obtain a light-converting material for greenhouses on a sheet of cellular Sellex polycarbonate (Polialt plant, Russia) containing a protective layer of a UV absorber, a layer of a light-converting composition consisting of Mobihel acrylic varnish and CdSe / CdS / semiconductor nanocrystals dispersed in it was applied. ZnS with a wavelength of maximum radiation of 620 nm and a nanoparticle size of 25 nm (Fig. 3).
  • Example 2 To obtain a light-converting material for greenhouses, a layer of a light-converting composition consisting of polyvinyl chloride and InP / ZnS type semiconductor nanocrystals dispersed in it with a radiation maximum wavelength of 610 nm and a nanoparticle size of 20 nm was deposited on a polyethylene film.
  • Lettuce salad has rapid growth and maturation, technical ripeness occurs on 35-40 days from sowing. Biological testing was carried out in duplicate on 5 plants of this variety. As a control, a coating of unmodified LDPE film was used.
  • Example 3 To obtain a light-converting material for greenhouses, a layer of a light-converting composition consisting of a polymethyl metal acrylate containing a ZnO-based light scattering additive and CuInSe 2 / ZnS type semiconductor nanocrystals dispersed in a polymethyl methacrylate with a maximum radiation wavelength of 620 nm and a nanoparticle diameter of 620 nm was deposited on silicate glass. nm
  • Example 4 To obtain a light-converting material for greenhouses on a polyvinyl chloride film containing a UV absorber protective layer, a layer of a light-converting composition consisting of polyvinyl chloride containing a light-scattering additive based on T 2 and CdSe type Zd / CdSe nanocrystals dispersed in polyvinyl chloride max. radiation of 640 nm and a nanoparticle size of 5 nm.

Abstract

Изобретение относится к светопреобразующему укрывному материалу для теплиц и к композиции для получения такого материала и может применяться в сельском хозяйстве и растениеводстве для выращивания растений в защищенном грунте. Светопреобразующий укрывной материал состоит из оптически прозрачной основы (1) и свето преобразующей композиции (2), которая нанесена на основу (1) и состоит из полимерной матрицы и люминофора. Люминофор представляет собой полупроводниковые нанокристаллы, которые выполнены из полупроводникового ядра и, по меньшей мере, одной полупроводниковой оболочки так, что размер частиц нанокристаллов, входящих в состав светопреобразующей композиции, находится в диапазоне от 1 до 100 нм. Предлагаемое изобретение позволяет значительно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур за счет преобразования части ультрафиолетового излучения в оранжево- красную область спектра.

Description

СВЕТОПРЕОБРАЗУЮЩИЙ БИОСТИМУЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
Область техники
Изобретение относится к светопреобразующему укрывному материалу для теплиц и к композиции для получения такого материала, при этом в состав материала и композиции входят фотолюминофоры, Изобретение может применяться в сельском хозяйстве и растениеводстве для выращивания растений в защищенном грунте. Предлагаемое изобретение позволяет значительно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур за счет преобразования части ультрафиолетового излучения в оранжево-красную область спектра. Предшествующий уровень техники
Одним из основных методов, увеличивающих продуктивность выращиваемых в закрытом грунте растений, в настоящее время является использование светопреобразующих добавок - фотолюминофоров на основе соединений европия в составе светопреобразующих материалов, используемых фермерами с целью защиты растений и повышения урожайности сельскохозяйственных угодий.
Спектральный состав света является важным фактором в регуляции физиологических процессов растений. Поэтому любые изменения в спектральном составе падающего света могут привести к значительным изменениям роста и фотосинтеза растений. Например, повышение облученности в области 450 - 800 им, при одновременном снижении ультрафиолетовой радиации, способствуют увеличению площади листовой поверхности и накоплению сухого вещества огурца (Krizek D.T., Mireski R.N., Baily W.A. Uniformity of Photosynthetic photon flux and growth of 'Poinsett' cucumber plants under metal halide and Microwave powered sulfur lamps // Biotronics, V.27, p.81-82). Началом применения укрывных материалов, в виде полимерных плёнок послужила разработка в конце 1980-х годов сотрудниками ряда институтов АН СССР материалов с использованием узкополосных фотолюминофоров на основе комплексных соединений европия. Данные фотолюминофоры представляют собой порошки со средним размером частиц от единиц до десятков микрометров. Данные фотолюминофоры в настоящее время активно используются в полимерных композициях на основе термопластичных полимеров для повышения урожайности растений. Известен, например, светотрансформирующий материал (RU 2059999 CI , C08L 23/02, С08К 5/00, С08К 3/32, опубл. 10.05.1996), включающий матрицу и оптически активную добавку, содержащую, по меньшей мере, одно композитное соединение общей формулы [(Laj. xEux)0]m(Lig)n, где Lig - F, CI, Br, О, S, Se, обеспечивающее преобразование ультрафиолетовой составляющей света в оранжево- красную часть спектра (580-750 нм). Этот материал выполнен в виде пленки из термопластичного полимера. Композиция для его получения содержит активную добавку в количестве 0,05-1,00 мас.% и матрицеобразующий компонент в количестве 99,00-99,95 мас.%. В качестве матрицеобразующего компонента композиция содержит, по меньшей мере, один полимер, выбранный из группы, включающей полиэтилен, сополимер этилена с винилацетатом (EVA) или полиэтилентерефталат. Такой материал преобразует ультрафиолетовую составляющую спектра источника света в красное излучение. Однако покрытие сохраняет это свойство только в течение 300 дней, так как все оксогалогениды и особенно оксоселениды редкоземельных элементов на воздухе и в присутствии влаги разрушаются.
Известна светопреобразующая полимерная композиция, содержащая термопластичный (со)полимер и активную добавку на основе соединений европия (RU 2153519 С2, С09К 1 1/06, С08К 5/00, опубл. 27.07.2000). В качестве термопластичного полимера используют полиэтилен высокого давления, полипропилен, полиамиды или полиэфиры. Материал обеспечивает высокую эффективность преобразования ультрафиолетового излучения в излучение красного диапазона спектра, сохраняет высокие механические и оптические (в видимом диапазоне спектра) свойства исходного полимерного материала.
Известны также материалы из пластмассы, включающие один или более люминофоров, поглощающих УФ - излучение и переизлучающих в более длинноволновую область спектра, например, в красную область спектра с длиной волны 680 нм и 700 нм. Именно такое излучение используется растениями для фотосинтеза (Заявка US 2010/0307055 А1 , A01G 9/14, опубл. 09.12.2010). В качестве люминофоров используют следующие соединения: Ce(Mg, Mn)AlnOi9:Cr или (Ва, Ей, Мп, Mg)Al10O17:Cr.
Наиболее близкими к предлагаемой группе изобретений являются светопреобразующий материал, включающий матрицу и, по меньшей мере, одно композитное соединение редкоземельного элемента, трансформирующее УФ излучение в излучение иного цвета, с размером частиц от 10 до 1000 нм, и композиция для получения светопреобразующего материала, включающая матрицеобразующий компонент и частицы, по меньшей мере, одного композитного соединения редкоземельного элемента при следующем соотношении компонентов, масс.%: композитное соединение - 0,001-10,0; матрицеобразующий компонент - остальное, раскрытые в документе RU 2407770 С2, С09К 1 1/08, С08К 3/10, опубл. 27.12.2010.
Однако существенным недостатком всех вышеописанных материалов и композиций является малый срок службы люминесцирующих добавок - комплексных соединений европия с органическими донорными лигандами, а также малый срок службы самой основы.
Используемые в " указанных изобретениях редкоземельные люминофоры имеют целый ряд ограничений, которые затрудняют широкое распространение светопреобразующих укрывных материалов на их основе.
Во-первых, редкоземельные люминофоры, флуоресцирующие в красной области спектра, ограничиваются только соединениями европия, которые имеют несколько характерных пиков флуоресценции, основной из которых лежит в области 610-630 нм. Наличие нескольких люминесцентных пиков (см. Фиг.2) снижает интегральную эффективность люминофора на целевой длине волны и затрудняет выделение эффекта воздействия определенной длины волны флуоресценции люминофора на повышение урожайности растений.
Во-вторых, комплексные соединения европия с органическими донорными лигандами подвержены, как фотообесцвечиванию из-за низкой устойчивости к ультрафиолетовому излучению органических соединений, так и фотоокислению при взаимодействии с влагой и кислородом воздуха. В результате срок службы данных люминофоров обычно не превышает 5 лет. В то время как к сроку службы современных укрывных материалов предъявляются требования более 10 лет. Отдельно стоит отметить, что традиционно люминофоры вводятся в объем полимерного материала при высоких температурах (200 - 300°С), что, как правило, приводит к частичной термической деградации люминесценции фотолюминофоров и, соответственно, большему расходу люминесцентного материала. Также частицы люминофоров микронного и субмикронного размера рассеивают видимый свет (пленки с люминофором становятся мутными), что дополнительно снижает прозрачность люминесцентного материала.
Таким образом, все светопреобразующие материалы, содержащие оптически активные добавки на основе редкоземельных элементов, обладают относительно ограниченным положительным эффектом по отношению к урожайности сельскохозяйственных культур и другим видам человеческой деятельности, где необходимо преобразование УФ излучения.
Поэтому задача получения светопреобразующего укрывного материала для теплиц, а также создание полимерной композиции для светопреобразующих укрывных материалов, обладающих долговременной способностью модифицировать ультрафиолетовое излучение в более длинноволновое излучение, является особенно актуальной на сегодняшний день. Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание светопреобразующего материала и композиции, которые позволят увеличить долю полезной световой энергии, получаемой из УФ излучения, за счет использования в них в качестве оптически активной добавки нового вида люминофоров - полупроводниковых нанокристаллов. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в светопреобразующем укрывном материале для теплиц, включающем оптически прозрачную основу и светопреобразующую композицию, нанесённую на основу и состоящую из полимерной матрицы и люминофора, который преобразует ультрафиолетовое излучение в излучение иных цветов, в качестве люминофора используют полупроводниковые нанокристаллы, испускающие флуоресцентный сигнал в диапазоне длин волн флуоресценции 580-700 нм под действием солнечного света, при этом полупроводниковые нанокристаллы выполнены из полупроводникового ядра и, по меньшей мере, одной полупроводниковой оболочки так, что размер частиц нанокристаллов, входящих в состав светопреобразующей композиции, находится в диапазоне от 1 до 100 нм.
Использование нового вида люминофоров, а именно, полупроводниковых нанокристаллов (квантовых точек) в составе светопреобразующего укрывного материала позволяет увеличить эффективность преобразования ультрафиолетового излучения и получить флуоресценцию в оранжево-красной области. Помимо прочего новый вид люминофоров обладает уникальными оптическими свойствами, в том числе, высокой фотостабильностью, которая может достигать 20 лет.
Поставленная задача также решается, а технический результат достигается тем, что композиция для получения светопреобразующего укрывного материала включает в себя полимерную матрицу и светопреобразующее соединение, при этом в качестве светопреобразующего соединения используют люминофор, представляющий собой полупроводниковые нанокристаллы, испускающие флуоресцентный сигнал в диапазоне длин волн флуоресценции 580-700 нм под действием солнечного света и выполненные из полупроводникового ядра и, по меньшей мере, одной полупроводниковой оболочки так, что размер частиц нанокристаллов находится в диапазоне от 1 до 100 нм, при следующем соотношении компонентов, масс.%: указанный люминофор - 0,05-0,5% полимерная матрица - остальное.
Полимерная матрица может быть выполнена из поликарбоната, полиметилметакрилата, полибутилметакрилата, поливинилхлорида, силикона или полистирола. Кроме того, в качестве полимерной матрицы может быть использован акриловый лак. Дополнительно в состав светопреобразующей композиции может входить светорассеивающая добавка на основе ТЮ2, Si02, ZnO.
Краткое описание чертежей
Заявленная группа изобретений поясняется чертежами, на которых представлены: Фиг. 1 - принцип действия светопреобразующего укрывного материала;
Фиг. 2 - спектр люминесценции дисперсного фотолюминофора на основе оксисульфида иттрия, активированного европием, при возбуждении УФ излучением искусственного источника;
Фиг. 3 - спектр флуоресценции полупроводниковых нанокристаллов CdSe/CdS/ZnS; Варианты осуществления изобретения
На фиг.1 показан принцип действия укрывного материала, преобразующего большую часть ультрафиолетового излучения в излучение в оранжево-красной области. Стрелочками схематично изображено, что при прохождении солнечного света через укрывной материал интенсивность излучения в ультрафиолетовой части спектра падает, а в красной области спектра увеличивается.
Светопреобразующий укрывной материал для теплиц включает в себя оптически прозрачную основу 1 , выполненную из поликарбоната, полиметилметакрилата, полиэтилена, полипропилена или поливинилхлорида, и светопреобразующую композицию 2, которая наносится на основу 1 и состоит из полимерной матрицы и люминофора. Основа 1 также может быть выполнена из силикатного стекла. Дополнительно основа 1 может содержать защитный слой ультрафиолетового абсорбера.
В качестве люминофора используют полупроводниковые нанокристаллы, выполненные из полупроводникового ядра и, по меньшей мере, одной полупроводниковой оболочки. При этом полупроводниковое ядро выполнено из полупроводникового материала, выбранного из группы: CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs, CuInS2, CuInSe2.
В преимущественном варианте выполнения полупроводниковые нанокристаллы выполнены из полупроводникового ядра и двух полупроводниковых оболочек, причем каждая из полупроводниковых оболочек выполнена из полупроводникового материала, выбранного из группы: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs. Размер частиц нанокристаллов находится в диапазоне от 1 до 100 нм. Здесь приведен наиболее предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения. При этом количество полупроводниковых оболочек в составе полупроводниковых нанокристаллов может составлять и три, и четыре, и пять оболочек в зависимости от поставленных задач и необходимых характеристик, которые требуется получить. Так, при создании трех и более оболочек можно обеспечить дополнительную фотостабильность нанокристаллов, однако в некоторых случаях это может привести к снижению эффективности флуоресценции люминофоров.
Определение эффективности влияния нового вида люминофоров, а именно, полупроводниковых нанокристаллов, входящих в состав композиции и, соответственно, в состав самого светопреобразующего укрывного материала на рост и развитие тестовых растений проводилось путем определения комплекса морфометрических и биохимических показателей растений, выращенных под светопреобразующими укрывными материалами, и сравнения их с аналогичными показателями растений, выращенных в тех же условиях под не модифицированными материалами аналогичных составов.
В качестве тестовых растений были выбраны типичные для сельского хозяйства России культуры, имеющие небольшие размеры, а также высокие показатели «отклика» на специфическое действие светопреобразующего материала.
Биологическое тестирование в весенний период (месяц май) проводилось путем выращивания в закрытом грунте рассады белокочанной капусты. В летний период (июнь - июль) испытания проводились путем выращивания томатов, салата листового «Мама Мия» и салата сорта «Латук». Далее приведены примеры предпочтительной реализации настоящей группы изобретений.
Пример 1. Для получения светопреобразующего материала для теплиц на лист сотового поликарбоната Sellex (завод «Полиальт», Россия), содержащего защитный слой УФ абсорбера, наносили слой светопреобразующей композиции, состоящей из акрилового лака Mobihel и диспергированных в нем полупроводниковых нанокристаллов типа CdSe/CdS/ZnS с длиной волны максимума излучения 620 нм и размером наночастиц 25 нм (Фиг. 3).
Для данного светопреобразующего материала были получены результаты по повышению урожайности салата листового «Мама Мия», приведенные в таблице 1 , при разных концентрациях люминофора в составе светопреобразующей композиции. Биологическое тестирование проведено по методике Минича А.С.
«Биологическое тестирование светокорректирующих пленок в условиях закрытого грунта при выращивании белокочанной капусты» А.С. Минич, И.Б. Минич, B.C. Райда, Р.А. арначук, Г.А. Толстиков // Сельскохозяйственная биология, 2003, 3, с. 1 12-1 15 на тестовой культуре посевном листовом салате сорта - «Мама мия» аналоге сорта «Латук» в период с 15 июля по 25 августа 201 1 г. Салат сорта «Мама мия» также как и салат сорта «Латук» имеет быстрый рост и созревание, техническая спелость наступает на 35-40 сутки от посева. Биологическое тестирование проведено в двух повторностях на 5 растениях сорта «Мама Мия». В качестве контроля использовано покрытие из немодифицированного сотового поликарбоната. Таблица 1.
Figure imgf000013_0001
Пример 2. Для получения светопреобразующего материала для теплиц на плёнку из полиэтилена наносили слой светопреобразующей композиции, состоящей из поливинилхлорида и диспергированных в нем полупроводниковых нанокристаллов типа InP/ZnS с длиной волны максимума излучения 610 нм и размером наночастиц 20 нм.
Для данного светопреобразующего материала были получены результаты по повышению урожайности салата сорта «Латук», приведенные в таблице 2, при разных концентрациях люминофора в составе светопреобразующей композиции.
Салат сорта «Латук» имеет быстрый рост и созревание, техническая спелость наступает на 35-40 сутки от посева. Биологическое тестирование проведено в двух повторностях на 5 растениях этого сорта. В качестве контроля использовано покрытие из немодифицированной пленки ПЭВД.
Таблица 2.
Концентрация Урожайность, Содержание витамина люминофора, % % от контроля С, % от контроля
0,3 1 18 102,2
0, 15 ПО 123,3
0,075 98 1 14,4 Пример 3. Для получения светопреобразующего материала для теплиц на силикатное стекло наносили слой светопреобразующей композиции, состоящей из полиметилметалкрилата, содержащего светорассеивающую добавку на основе ZnO, и диспергированных в полиметилметакрилате полупроводниковых нанокристаллов типа CuInSe2/ZnS с длиной волны максимума излучения 620 нм и размером наночастиц 10 нм.
Для данного светопреобразующего материала было получено повышение урожайности томатов (Грибовский раннеспелый грунтовой) на 64% при концентрации люминофора 0,5% в составе светопреобразующей композиции. В качестве контроля использовано покрытие из немодифицированного силикатного стекла.
Пример 4. Для получения светопреобразующего материала для теплиц на поливинилхлоридную плёнку, содержащую защитный слой УФ абсорбера, наносили слой светопреобразующей композиции, состоящей из поливинилхлорида, содержащего светорассеивающую добавку на основе Т 2, и диспергированных в поливинилхлориде полупроводниковых нанокристаллов типа CdSe/ZnS с длиной волны максимума излучения 640 нм и размером наночастиц 5 нм.
Для данного светопреобразующего материала было получено повышение урожайности капусты (Голландская раннеспелая) на 24%) при концентрации люминофора 0,5% в составе светопреобразующей композиции. В качестве контроля использовано покрытие из немодифицированной поливинилхлоридной пленки. Промышленная применимость
Таким образом, в результате биологического тестирования было достоверно установлено положительное влияние светопреобразующего материала на основе полупроводниковых нанокристаллов с содержанием 0,05 - 0,5 % люминофора в составе светорассеивающей композиции на капусту, томаты, салат листовой «Мама Мия» и салата сорта «Латук».
Из приведённых примеров видно, что предлагаемая группа изобретений позволяет увеличить преобразование УФ излучения в полезную для человеческой деятельности световую энергию, что ведёт к значительному увеличению (по сравнению с аналогами) урожайности сельскохозяйственных культур.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Светопреобразующий укрывной материал для теплиц, включающий оптически прозрачную основу и светопреобразующую композицию, нанесённую на основу и состоящую из полимерной матрицы и люминофора, который преобразует ультрафиолетовое излучение в излучение иных цветов, отличающийся тем, что люминофор представляет собой полупроводниковые нанокристаллы, испускающие флуоресцентный сигнал в диапазоне длин волн флуоресценции 580-700 нм под действием солнечного света, при этом полупроводниковые нанокристаллы выполнены из полупроводникового ядра и, по меньшей мере, одной полупроводниковой оболочки так, что размер частиц нанокристаллов, входящих в состав светопреобразующей композиции, находится в диапазоне от 1 до 100 нм.
Материал по п.1 , отличающийся тем, что полупроводниковое ядро выполнено из полупроводникового материала, выбранного из группы: CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs, CuInS2, CuInSe2.
Материал по п.1, отличающийся тем, что полупроводниковые нанокристаллы выполнены из полупроводникового ядра и двух полупроводниковых оболочек.
Материал по п.п.1 или 3, отличающийся тем, что каждая полупроводниковая оболочка выполнена из полупроводникового материала, выбранного из группы: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs.
Материал по п.1 , отличающийся тем, что основа выполнена из поликарбоната, полиметилметакрилата, полиэтилена, полипропилена или поливинилхлорида.
6. Материал по п.1 , отличающийся тем, что основа выполнена из силикатного стекла.
7. Материал по п. п.5-6, отличающийся тем, что основа дополнительно содержит защитный слой ультрафиолетового абсорбера.
8. Материал по п.1 , отличающийся тем, что полимерная матрица выполнена из поликарбоната, полиметилметакрилата, полибутилметакрилата, поливинилхлорида, силикона или полистирола.
9. Материал по п.1, отличающийся тем, что полимерная матрица выполнена из акрилового лака.
10. Материал по п.1 , отличающийся тем, что в состав светопреобразующей композиции дополнительно может входить светорассеивающая добавка на основе Т 2, Si02, ZnO.
1 1. Композиция для получения светопреобразующего укрывного материала, включающая полимерную матрицу и светопреобразующее соединение, отличающаяся тем, что в качестве светопреобразующего соединения используют люминофор, представляющий собой полупроводниковые нанокристаллы, испускающие флуоресцентный сигнал в диапазоне длин волн флуоресценции 580-700 нм под действием солнечного света и выполненные из полупроводникового ядра и, по меньшей мере, одной полупроводниковой оболочки так, что размер частиц нанокристаллов находится в диапазоне от 1 до 100 нм, при следующем соотношении компонентов, масс.%: указанный люминофор - 0,05-0,5% полимерная матрица - остальное.
12. Композиция по п. И , отличающаяся тем, что полупроводниковое ядро выполнено из полупроводникового материала, выбранного из группы: CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs, CuInS2, CuInSe2.
5 13. Композиция no n. l l , отличающаяся тем, что полупроводниковые нанокристаллы выполнены из полупроводникового ядра и двух полупроводниковых оболочек.
14. Композиция по п. п.1 1 или 12, отличающаяся тем, что каждая полупроводниковая оболочка выполнена из полупроводникового ю материала, выбранного из группы: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe,
CdTe, InP, InAs.
15. Композиция no n. l l , отличающаяся тем, что полимерная матрица выполнена из поликарбоната, полиметилметакрилата, полибутилметакрилата, поливинилхлорида, силикона или
15 полистирола.
16. Композиция по п.1 1 , отличающаяся тем, что полимерная матрица выполнена из акрилового лака.
17. Композиция по п.11, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит светорассеивающую добавку на основе Ti02, Si02, ZnO.
20
5
PCT/RU2012/000089 2011-12-27 2012-02-10 Светопреобразующий биостимулирующий материал и композиция для его получения WO2013100795A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011153262/05A RU2488621C1 (ru) 2011-12-27 2011-12-27 Светопреобразующий биостимулирующий материал и композиция для его получения
RU2011153262 2011-12-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013100795A1 true WO2013100795A1 (ru) 2013-07-04

Family

ID=48698087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000089 WO2013100795A1 (ru) 2011-12-27 2012-02-10 Светопреобразующий биостимулирующий материал и композиция для его получения

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2488621C1 (ru)
WO (1) WO2013100795A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107936279A (zh) * 2017-12-29 2018-04-20 成都新柯力化工科技有限公司 一种农用转光复合塑料膜及其制备方法
CN110452683A (zh) * 2019-07-08 2019-11-15 佛山安亿纳米材料有限公司 量子点复合转光材料及其制备方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2567909C2 (ru) * 2013-12-30 2015-11-10 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Некс-Т" Способ получения материала для изготовления светокорректирующей полимерной пленки
RU2599583C2 (ru) * 2013-12-30 2016-10-10 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Некс-Т" Материал для изготовления светокорректирующей полимерной пленки
RU2609801C2 (ru) * 2014-12-09 2017-02-06 Общество с ограниченной ответственностью "ЭрТи-М" Полимерная композиция для производства укрывного материала теплиц (варианты)
BR122019025643B1 (pt) * 2016-01-26 2021-04-20 Merck Patent Gmbh composição, folha conversora de cor, dispositivos de diodo emissor de luz, seus métodos de preparação e usos

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7536834B2 (en) * 2002-11-05 2009-05-26 Rhodia Electronics & Catalysis Light-converting material comprising a barium magnesium silicate as additive
US20100155744A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor nanocrystal composite
US20100308275A1 (en) * 2000-03-20 2010-12-09 Massachusetts Institute Of Technology Inorganic particle conjugates
RU2407770C2 (ru) * 2007-03-09 2010-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "СВЕТ" Светопреобразующий материал и композиция для его получения

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2319728C1 (ru) * 2006-06-13 2008-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" Материал для преобразования света и композиция для его получения
RU2435363C1 (ru) * 2010-03-01 2011-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Томскнефтехим" (ООО "Томскнефтехим") Светокорректирующая полимерная пленка и композиция для ее получения

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100308275A1 (en) * 2000-03-20 2010-12-09 Massachusetts Institute Of Technology Inorganic particle conjugates
US7536834B2 (en) * 2002-11-05 2009-05-26 Rhodia Electronics & Catalysis Light-converting material comprising a barium magnesium silicate as additive
RU2407770C2 (ru) * 2007-03-09 2010-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "СВЕТ" Светопреобразующий материал и композиция для его получения
US20100155744A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor nanocrystal composite

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
V. A. OLEINIKOV ET AL.: "Fluorestsentnye poluprovodnikovye nanokristally v biologii i meditsine.", ROSSIISKIE NANOTECHNOLOGII. BOOK 2, 2007, pages 160 - 173 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107936279A (zh) * 2017-12-29 2018-04-20 成都新柯力化工科技有限公司 一种农用转光复合塑料膜及其制备方法
CN107936279B (zh) * 2017-12-29 2021-06-04 山东隆昌塑业有限公司 一种农用转光复合塑料膜及其制备方法
CN110452683A (zh) * 2019-07-08 2019-11-15 佛山安亿纳米材料有限公司 量子点复合转光材料及其制备方法
CN110452683B (zh) * 2019-07-08 2023-08-04 佛山安亿纳米材料有限公司 量子点复合转光材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2488621C1 (ru) 2013-07-27
RU2011153262A (ru) 2013-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2488621C1 (ru) Светопреобразующий биостимулирующий материал и композиция для его получения
KR101940828B1 (ko) 어두운 성장 챔버를 위한 식물 조명 장치 및 방법
CN114128514B (zh) 一种基于长余辉发光材料的补光装置及方法
CN107047093B (zh) 园艺led照明器材
CN103503173A (zh) 增强温室光线的方法与装置
CN103563102A (zh) 植物照明装置与方法
CN103415199A (zh) 用于使幼苗适应于室外生活的方法和装置
JP7425323B2 (ja) 照光装置
CN103032741A (zh) Led植物助长灯
Liu et al. Spectral design of light-emitting diodes for plant photosynthesis based on quantum dots
Wang et al. CaS: Eu2+@ CaZnOS: Mn2+: A dual-UV/green-excited and dual-red-emitting spectral conversion with all-weather resistance
CN110915001A (zh) 用于农业应用的发光光学元件
JPH07170865A (ja) 波長変換資材
JPH0638635A (ja) 波長変換資材
Khramov et al. Luminescence of agrotextiles based on red-light-emitting organic luminophore and polypropylene spunbond enhances the growth and photosynthesis of vegetable plants
JP4167843B2 (ja) 長日植物の栽培方法
KR100887379B1 (ko) 적색 발광성 형광체, 이의 제조 방법과 온상 및 온실용다층 광-변환 농업용 필름
KR20120021415A (ko) 엘이디용 광합성 촉진 조성물과 이를 이용한 엘이디 조명 기기 및 그 부품
JP2002247919A (ja) 植物の栽培方法
CN115895095A (zh) 一种聚集诱导发光转光材料及其制备方法与应用
US20230049071A1 (en) Extruded fluorescent films
JPH08252882A (ja) 波長変換資材
JP2022522980A (ja) 生体細胞の状態を調節する方法
Liu et al. The application of phosphor in agricultural field
JP2010533223A (ja) 光活性無機添加剤およびこれを含む光転換フィルム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12862171

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12862171

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 15/07/2015)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12862171

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1