本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，尤其涉及一種適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、設(shè)施農(nóng)業(yè)是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要技術(shù)，已經(jīng)在我國(guó)南北方大面積推廣，它可以提供穩(wěn)定的氣候條件，創(chuàng)造適合農(nóng)作物四季生長(zhǎng)的優(yōu)良環(huán)境，使農(nóng)作物產(chǎn)量達(dá)到露天栽培產(chǎn)量的3.5倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前設(shè)施農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)占到我國(guó)種植業(yè)總產(chǎn)值的22%。為了能夠在光合作用的過(guò)程中更好的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存能量，以量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜為代表的人工補(bǔ)光方式已經(jīng)成為保障設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要手段之一。但由于我國(guó)各地冬季平均日照時(shí)間短、日照強(qiáng)度弱以及冷凝結(jié)霜降低棚膜透過(guò)率等問(wèn)題，日光光譜中農(nóng)作物光合作用所需要的紅光（600nm–660nm）光譜強(qiáng)度遠(yuǎn)低于夏季水平，特別是在冬季溫度較低的北方以及南方梅雨季節(jié)時(shí)，由于晝夜溫差產(chǎn)生的冷凝水的水分子會(huì)滲透進(jìn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，在強(qiáng)日光照射下產(chǎn)生活化氧，破壞量子點(diǎn)的固有結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致量子點(diǎn)功能失效及轉(zhuǎn)光農(nóng)膜老化，會(huì)大幅度降低轉(zhuǎn)光農(nóng)膜使用壽命，導(dǎo)致農(nóng)作物生長(zhǎng)速率減緩、產(chǎn)量降低，嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品的穩(wěn)定供應(yīng)。因此，亟需一種適合高寒及高濕地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)應(yīng)用的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的光致發(fā)熱及溫度調(diào)控，加快轉(zhuǎn)光農(nóng)膜表面冷凝水的蒸發(fā)，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，提供一種適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜及其制備方法。

2、本發(fā)明目的在于提供一種適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，包括從上至下依次層疊設(shè)置的三個(gè)結(jié)構(gòu)功能層：第一納米粒子保護(hù)膜、量子點(diǎn)中間膜層和第二納米粒子保護(hù)膜；

3、所述量子點(diǎn)中間膜層由量子點(diǎn)材料、聚合物材料、潤(rùn)滑劑及抗紫外劑混勻后采用共擠出吹塑薄膜的方式制得；所述第一納米粒子保護(hù)膜和所述第二納米粒子保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)相同，均由金屬納米粒子、聚合物材料、潤(rùn)滑劑及抗紫外劑混勻后采用共擠出吹塑薄膜的方式制得。

4、優(yōu)選的，量子點(diǎn)材料包括鈣鈦礦量子點(diǎn)，以及元素周期表ii-vi族、iii-v族、iv-vi族化合物制得的量子點(diǎn)中的至少一種；所述聚合物材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的至少一種；所述潤(rùn)滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺；所述抗紫外劑為二苯甲酮；所述金屬納米粒子為金納米粒子或銀納米粒子。

5、優(yōu)選的，量子點(diǎn)材料與所述聚合物材料摻雜的質(zhì)量比為1:5~40；所述金屬納米粒子與所述聚合物材料摻雜的質(zhì)量比為1:40~100。

6、優(yōu)選的，適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的厚度為1~2mm。

7、優(yōu)選的，由下述方法制備：

8、s1.采用熱注入法制備量子點(diǎn)；

9、s2.采用化學(xué)還原法制備金屬納米粒子；

10、s3.制備量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中間層的母粒：將所述量子點(diǎn)和聚乙烯材料按照比例混合均勻后，通過(guò)擠出造粒的方法制備得到量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中間層的母粒；

11、s4.制備納米粒子保護(hù)膜的母粒：將所述金屬納米粒子和聚乙烯材料按照比例混合均勻后，通過(guò)擠出造粒的方法制備得到納米粒子保護(hù)膜的母粒；

12、s5.將量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中間層的母粒加入到聚合物材料、潤(rùn)滑劑及抗紫外劑的混合溶液中充分混合，以1300~2000r/min的攪拌速度持續(xù)攪拌20~40min；攪拌均勻后得到中間層混合液，加入吹膜機(jī)料槽中等待吹膜；

13、s6.將納米粒子保護(hù)膜的母粒加入到聚合物材料、潤(rùn)滑劑及抗紫外劑的混合溶液中充分混合，以800~1500r/min的攪拌速度持續(xù)攪拌40~60min；攪拌均勻后得到保護(hù)層混合液，加入吹膜機(jī)料槽中等待吹膜；

14、s7.設(shè)定所述吹膜機(jī)的模頭溫度為150~170℃、熔融溫度為175~185℃，吹膜機(jī)的中間噴頭吹所述中間層混合液，得到量子點(diǎn)中間膜層；吹膜機(jī)的兩側(cè)噴頭吹保護(hù)層混合液，得到第一納米粒子保護(hù)膜和第二納米粒子保護(hù)膜；最終得到三層膜結(jié)構(gòu)的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜。

15、優(yōu)選的，步驟s3和s4中擠出造粒的參數(shù)如下：加熱溫度150~200℃，擠出轉(zhuǎn)速為300~800r/min。

16、優(yōu)選的，所述金屬納米粒子為金納米粒子；步驟s2具體包括如下子步驟：

17、s201.配制氯金酸溶液作為反應(yīng)材料，配制檸檬酸鈉溶液作為還原劑；

18、s202.在轉(zhuǎn)速為500~800r/min下一邊攪拌一邊加熱所述氯金酸溶液，加熱至70~80℃，迅速加入所述檸檬酸鈉溶液，使溶液變?yōu)槌燃t色；

19、s203.持續(xù)加熱，在激烈攪拌下回流8~15min；停止加熱、撤去熱源，繼續(xù)攪拌13~20min后停止攪拌；將溶液冷卻至室溫，得到含納米金粒子的溶液。

20、優(yōu)選的，聚合物材料為聚乙烯材料；所述潤(rùn)滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺；所述抗紫外劑為二苯甲酮。

21、優(yōu)選的，量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中間層的母粒、所述乙烯基雙硬脂酰胺、所述聚乙烯材料及所述二苯甲酮的質(zhì)量比例為10：5：100：1；所述納米粒子保護(hù)膜的母粒、所述乙烯基雙硬脂酰胺、所述聚乙烯材料及所述二苯甲酮的質(zhì)量比例為8：4：120：1。

22、優(yōu)選的，步驟s1中的量子點(diǎn)為銅銦硫量子點(diǎn)；所述銅銦硫量子點(diǎn)具有雙包殼層結(jié)構(gòu)，第一層包殼以硫化鋅作為包殼，第二層包殼是將鋅源、硫醇和十八碳烯的混合液注入第一包殼層合成液后形成的。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠取得如下有益效果：

24、本發(fā)明制備的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，通過(guò)將金屬納米粒子膜作為保護(hù)層與量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜共同組成三層轉(zhuǎn)光膜結(jié)構(gòu)，能夠有效地解決因晝夜溫差而產(chǎn)生的冷凝水的水分子滲透進(jìn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜并在強(qiáng)日光照射下產(chǎn)生活化氧從而導(dǎo)致量子點(diǎn)功能失效并使轉(zhuǎn)光農(nóng)膜老化的問(wèn)題；

25、轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中的金屬納米粒子通過(guò)光致發(fā)熱可以提升轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的表面溫度，以非輻射復(fù)合的形式將日光中的綠光吸收并轉(zhuǎn)換為熱能向外釋放，加快轉(zhuǎn)光農(nóng)膜表面冷凝水的蒸發(fā)，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的使用壽命，為高寒及高濕地區(qū)的設(shè)施農(nóng)業(yè)提供了一種新選擇；

26、量子點(diǎn)材料應(yīng)在紫外光、藍(lán)光和黃光波段有較強(qiáng)吸收，并且能夠高效地將其轉(zhuǎn)換到農(nóng)作物光合作用所需要的紅光波段。

技術(shù)特征：

1.適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：包括從上至下依次層疊設(shè)置的三個(gè)結(jié)構(gòu)功能層：第一納米粒子保護(hù)膜、量子點(diǎn)中間膜層和第二納米粒子保護(hù)膜；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：所述量子點(diǎn)材料包括鈣鈦礦量子點(diǎn)，以及元素周期表ii-vi族、iii-v族、iv-vi族化合物制得的量子點(diǎn)中的至少一種；所述聚合物材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的至少一種；所述潤(rùn)滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺；所述抗紫外劑為二苯甲酮；所述金屬納米粒子為金納米粒子或銀納米粒子。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：所述量子點(diǎn)材料與所述聚合物材料摻雜的質(zhì)量比為1:5~40；所述金屬納米粒子與所述聚合物材料摻雜的質(zhì)量比為1:40~100。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：所述適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的厚度為1~2mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于，由下述方法制備：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：所述步驟s3和s4中擠出造粒的參數(shù)如下：加熱溫度150~200℃，擠出轉(zhuǎn)速為300~800r/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：所述金屬納米粒子為金納米粒子；所述步驟s2具體包括如下子步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：所述聚合物材料為聚乙烯材料；所述潤(rùn)滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺；所述抗紫外劑為二苯甲酮。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：所述量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中間層的母粒、所述乙烯基雙硬脂酰胺、所述聚乙烯材料及所述二苯甲酮的質(zhì)量比例為10：5：100：1；所述納米粒子保護(hù)膜的母粒、所述乙烯基雙硬脂酰胺、所述聚乙烯材料及所述二苯甲酮的質(zhì)量比例為8：4：120：1。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜，其特征在于：所述步驟s1中的量子點(diǎn)為銅銦硫量子點(diǎn)；所述銅銦硫量子點(diǎn)具有雙包殼層結(jié)構(gòu)，第一層包殼以硫化鋅作為包殼，第二層包殼是將鋅源、硫醇和十八碳烯的混合液注入第一包殼層合成液后形成的。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)光農(nóng)膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜及其制備方法。量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜包括從上至下依次層疊設(shè)置的三個(gè)結(jié)構(gòu)功能層：第一納米粒子保護(hù)膜、量子點(diǎn)中間膜層和第二納米粒子保護(hù)膜；量子點(diǎn)中間膜層由量子點(diǎn)材料、聚合物材料、潤(rùn)滑劑及抗紫外劑混勻后采用共擠出吹塑薄膜的方式制得；第一納米粒子保護(hù)膜和第二納米粒子保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)相同，均由金屬納米粒子、聚合物材料、潤(rùn)滑劑及抗紫外劑混勻后采用共擠出吹塑薄膜的方式制得。優(yōu)點(diǎn)在于：有效地解決冷凝水的水分子滲透進(jìn)農(nóng)膜并在強(qiáng)日光照射下產(chǎn)生活化氧導(dǎo)致的量子點(diǎn)功能失效和農(nóng)膜老化的問(wèn)題；將其他波段的光轉(zhuǎn)換到農(nóng)作物光合作用所需要的紅光波段。

技術(shù)研發(fā)人員：朱洪波,萬(wàn)鵬程,薛旭蘭,張會(huì)丹,林星辰,申克文,寧永強(qiáng),王立軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21