转光剂——植物的光肥

【引子】

在前面涉及到转光剂和装光膜研究的两篇博文【1】、【2】后，蒋敏强老师、黄庆老师、刘立老师、徐耀老师都问到什么是转光膜？其原理如何？今天利用五一假期的最后一点儿时间，再劳动一次，请各位多多赐教。

【正文】

（一）为什么要研究转光剂？

众所周知，我们生存的能量来源于植物中的糖类，而这些糖类是植物通过光合作用，将太阳光转换而来的。

光合作用的主体是叶绿素，叶绿素有几种不同的类型。

它们可以吸收太阳光中某些波长的光，来进行反应。

从下面的吸收光谱图中，我们可以看到，叶绿素主要吸收的是蓝光和红光。而大量的绿光是被反射的，同时紫外线对植物也是有害的。

大量的实验已经证明，通过增加对植物的蓝光或红光照射程度，可以使作物根系发达，茎叶茂盛，增产增收和品质优越。

因此，蓝光和红光被称为光肥，这是继“化学肥料”之后的一类新型环保性“物理肥料”。

另外，吸收320nm~350nm范围的紫外线对植物的某些病害虫害有抑制作用，这是一种物理防虫作用，是一种“物理农药”。

所以，人工模拟植物作用的最佳光谱具有肥效和药效的功能，给发展高效生态农业赋予了新的意义。

当然我们只讨论绿色植物的光转换问题，如果像有人预测的外星的蓝色植物或红色植物那就另当别论了。

（二）何谓转光剂？

简单地说，转光剂实质上就是一类光致发光材料。光致发光材料的发光原理就是材料吸收一定波长的能量后，电子被激发到高能级，在返回基态的过程中，以光的形式将能量放出，当然要伴随着释放一定的热量。

只不过对于转光剂来说，就是特指的一类光致发光材料，它们能够吸收紫外线和绿光，发射出特定波长的蓝光和红光，以供植物吸收。

吸收紫外线发射蓝光和红光的材料不少；但是吸收绿光发射红光的材料就不是很多。尤其是要发射适合植物吸收的640nm左右的红光和425-440nm左右的蓝光的材料更是不多。下图是我们做的一种材料的激发光谱和发射光谱。

这就涉及到对转光剂的一些要求：

（1）与植物吸收光谱的匹配性。要能够将紫外光和绿光转换为植物光合作用所用的蓝光和红光，而且要有足够的发射强度。

（2）化学稳定性。在自然界中，尤其是强光、潮湿空气的作用下能够保持稳定的发光性能。

（3）与农膜的相容性好。要能够与常用的农膜材料相容，在保持发光强度的基础上，不影响农膜的力学性能和透光性。

（4）荧光寿命。保持尽可能低的光衰减速度，在整个农膜使用期内都能保持良好的发光性能。

（5）价格成本要有足够高的性价比。增加转光剂，农膜的成本肯定提高，但是这种提高应该在市场可接受的范围内，而且要有很高的性价比。