转光剂——植物的光肥

上一篇 / 下一篇  2011-05-03 15:27:35

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【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。

TAG: 转光剂

 

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