光合隔熱陽光板及其制備方法與流程

本發明屬于光功能新材料技術領域，具體來說涉及一種光合隔熱陽光板及其制備方法。

背景技術：

植物生長需要陽光，光環境是植物生長發育不可缺少的重要物理環境因素之一。科學家發現，太陽光中波長范圍400納米至500納米的藍光和波長范圍620納米至680納米的紅光對植物生長具有較大的促進作用，根據愛默生效應，660nm的紅光對植物光合作用的效率最大。因此，具有660nm寬帶紅光和藍光所對應的光譜稱之為光合有效光譜。而太陽光中的紫外光和綠光幾乎對植物生長沒有促進作用。此外，植物光合作用對紅光和藍光的比例要求也有要求，研究顯示紅光和藍光的比例為8:1～10:1時植物光合作用的速率最大。而太陽光中的紅光和藍光的比值接近于1，紅光比例相對不足。基于植物生長的光合特性，研究者開發了系列光功能材料用于植物溫室大棚以期提高植物的生長速率從而提高農作物的產量。

例如，申請號是CN 201510916840.7的中國發明專利公開了一種轉光農膜，將氮化物紅色轉光劑分散在農膜中，所制得的農膜能有效地將太陽光中的紫光和黃綠光部分轉化為紅橙光，與植物光合作用所需光譜匹配性較好，可極大地促進植物光合作用，同時還提高了植物吸收的光照強度。但農膜并未提及紅藍光成份的比例變化請求，此外農膜還存在使用壽命短(基本上是一次性使用)、不能抗冰雹、積雪、風暴自然災害等。申請號CN201310181611.6的中國發明專利公開了一種太陽光型光合轉光玻璃平面光源，在玻璃的壓花面上沉積有10微米至80微米厚度的稀土發光材料薄膜，在藍光和綠光輻照下產生植物生長所需要的660nm米的紅光。這種轉光玻璃有效克服了農膜使用壽命短的問題，使用時間可以長達20年，但價格成本太高。

目前，可替代農膜和玻璃的陽光板已經廣泛應用于植物溫室大棚，其使用壽命長于農膜，成本價格低于玻璃。申請號CN201510721183.0的中國發明專利公開了一種農業溫室專用陽光板，太陽光中的紫外線和綠光可以被陽光板吸收轉換，釋放出對植物生長有利的藍光和紅光，使溫室內的藍色和紅色光譜成分增加，提高了光能利用率。然而，該專利沒有對所使用的轉光劑做出明確的說明，因此所述紅光的具體波長不清楚，不能確定是否是植物所需要的660nm特征光合有效輻射。同時，該專利是同時增加藍色和紅色光譜成分，并沒有提高紅藍光的比值。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種光合隔熱陽光板，該光合隔熱陽光板可將太陽光中的紫外光、藍綠光轉換成660nm紅光，發射本發明的另一目的是提供一種光合隔熱陽光板的制備方法。

本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的。

一種光合隔熱陽光板，由聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和紅外阻隔劑制成，其中，所述聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和紅外阻隔劑質量份的比為(90-95.5)：(0.2-0.8)：(1-2)：(1-3)，所述紅外阻隔劑為鋅摻雜的ATO納米粉，所述ATO納米粉的分子式為(Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x)O₂，0.05≤x≤0.2。

在上述技術方案中，所述聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和紅外阻隔劑質量份的比為(92-94)：(0.4-0.6)：(1.5-1.8)：(1.5-2.5)。

在上述技術方案中，所述660nm特征光合有效輻射轉光劑的粒徑為3～5um。

在上述技術方案中，所述660nm特征光合有效輻射轉光劑發射光譜中660nm發射峰的半高寬≥80nm。

在上述技術方案中，所述660nm特征光合有效輻射轉光劑為CaS：Eu²⁺，CaAlSiN₃：Eu²⁺或Sr₂Si₅N₈：Eu²⁺。

在上述技術方案中，所述ATO納米粉的粒徑為3～10nm。

上述光合隔熱陽光板的制備方法，包括以下步驟：

1)按照分子式(Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x)O₂的配比，0.05≤x≤0.2的化學計量比，將SnCl₄、SbCl₃和Zn(Ac)₂分別均勻分布在無水乙醇中，依次得到SnCl₄乙醇溶液、SbCl₃乙醇溶液和Zn(Ac)₂乙醇溶液；

2)在所述SnCl₄乙醇溶液中滴加所述SbCl₃乙醇溶液和Zn(Ac)₂乙醇溶液，于50～80℃下回流3～10小時，得到溶膠；

3)調節步驟2)中所得溶膠的pH至7～8，在微波條件下，于150～200℃反應0.75～2小時；

4)將步驟3)所得溶膠進行洗滌、離心和干燥，得到鋅摻雜的ATO納米粉；

5)將聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和鋅摻雜的ATO納米粉均勻混合后，于220～230℃條件下擠出，得到聚碳酸酯母粒；

6)將所述聚碳酸酯母粒經真空輸送機送至螺桿擠出機組，通過螺桿擠出機組加熱至285～290℃，并經模具定型，將定型后的陽光板放入160～180℃的退火爐中退火至少20分鐘，再自然冷卻至室溫20～25℃，得到光合隔熱陽光板。

在上述技術方案中，所述SnCl₄的物質的量與均勻分布該SnCl₄的無水乙醇的體積的比為(1-3)：5；所述SbCl₃的物質的量與均勻分布該SbCl₃的無水乙醇的體積的比為1：(9-11)；所述Zn(Ac)₂的物質的量與均勻分布該Zn(Ac)₂的無水乙醇的體積的比為1：(48-52)，所述物質的量的單位為mmol，所述體積的單位為mL。

在上述技術方案中，在步驟3中，通過滴加氨水調節步驟2中所得溶膠的pH至7～8。

相比于現有技術，本發明的光合隔熱陽光板將太陽光中的紫外光、藍綠光轉換成660nm紅光，剛好與植物光合作用的光合有效吸收光譜相匹配，有效提高了植物對太陽光的利用率；同時光合隔熱陽光板還可以將太陽光中的紅外線輻射有效吸收，達到保溫隔熱的目的，可應用于農業大棚、溫室種植、陽光房等場合，能達到增產增質的效果。

附圖說明

圖1為本發明的光合隔熱陽光板和普通陽光板的太陽光譜對比圖。

具體實施方式

在本發明的具體實施方式中，SnCl₄·5H₂O(AR)、SbCl₃(AR)、Zn(Ac)₂(AR)(乙酸鋅，二水)和無水乙醇(99.5％)均購買自阿拉丁試劑(上海)有限公司。在本發明的具體實施方式中，微波水熱反應裝置的型號為密閉式高通量微波消解/萃取工作站(MDS-15)，生產廠家為上海新儀微波化學科技有限公司。抗氧劑為抗氧劑168(三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯)，增白劑為十二烷基硫酸鈉(購買自國藥集團化學試劑有限公司，貨號：u1614363，用于實施例1)、NP-40(乙基苯基聚乙二醇，購買自碧云天，產品編號：ST366，用于實施例2、3)或OP-40。聚碳酸酯購買自湖北巨勝科技有限公司，熔點為220～230℃。

下面結合附圖和具體實施例進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

一種光合隔熱陽光板的制備方法，包括以下步驟：

1)在三個燒杯中按化學計量比Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x(x＝0.06)分別加入SnCl₄·5H₂O、SbCl₃和Zn(Ac)₂·2H₂O,再向每個燒杯中加入無水乙醇使三種原料充分溶解(均勻分布)在無水乙醇中，依次得到SnCl₄乙醇溶液、SbCl₃乙醇溶液和Zn(Ac)₂乙醇溶液，其中，SnCl₄的物質的量與均勻分布該SnCl₄的無水乙醇的體積的比為2：5；SbCl₃的物質的量與均勻分布該SbCl₃的無水乙醇的體積的比為1：10；Zn(Ac)₂的物質的量與均勻分布該Zn(Ac)₂的無水乙醇的體積的比為1：50，物質的量的單位為mmol，體積的單位為mL。

2)將SbCl₃乙醇溶液和Zn(Ac)₂乙醇溶液逐滴滴加至SnCl₄乙醇溶液中，于70℃下回流4小時，得到溶膠；

3)向溶膠中逐滴加入氨水，以調節步驟2中所得溶膠的pH至7，將得到的溶膠轉移至微波水熱反應釜中，在微波條件下，微波水熱溫度設定為160℃，反應時間1小時。

4)將步驟3)所得反應后的溶膠多次洗滌、離心和干燥，干燥溫度為60度，制得鋅摻雜的ATO納米粉，經測試其粒徑的均值為5納米。

5)將聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和鋅摻雜的ATO納米粉均勻混合后(攪拌30分鐘)，于220℃條件下擠出，得到聚碳酸酯母粒；聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和紅外阻隔劑質量份的比為94：0.4：1.8：1，660nm特征光合有效輻射轉光劑為CaS：Eu²⁺，660nm特征光合有效輻射轉光劑的粒徑均值為4um。

6)將聚碳酸酯母粒經真空輸送機送至螺桿擠出機組，通過螺桿擠出機組加熱至285℃，并經模具定型，將定型后的陽光板放入180℃的退火爐中退火60分鐘，自然冷卻至室溫20～25℃，得到光合隔熱陽光板。

實施例2

一種光合隔熱陽光板的制備方法，包括以下步驟：

1)在三個燒杯中按化學計量比Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x(x＝0.1)分別加入SnCl₄·5H₂O、SbCl₃和Zn(Ac)₂·2H₂O,再向每個燒杯中加入無水乙醇使三種原料充分溶解(均勻分布)在無水乙醇中，依次得到SnCl₄乙醇溶液、SbCl₃乙醇溶液和Zn(Ac)₂乙醇溶液，其中，SnCl₄的物質的量與均勻分布該SnCl₄的無水乙醇的體積的比為2：5；SbCl₃的物質的量與均勻分布該SbCl₃的無水乙醇的體積的比為1：10；Zn(Ac)₂的物質的量與均勻分布該Zn(Ac)₂的無水乙醇的體積的比為1：50，物質的量的單位為mmol，體積的單位為mL。

2)將SbCl₃乙醇溶液和Zn(Ac)₂乙醇溶液逐滴滴加至SnCl₄乙醇溶液中，于70℃下回流4小時，得到溶膠；

3)向溶膠中逐滴加入氨水，以調節步驟2中所得溶膠的pH至7，將得到的溶膠轉移至微波水熱反應釜中，在微波條件下，微波水熱溫度設定為160℃，反應時間1小時。

4)將步驟3)所得反應后的溶膠多次洗滌、離心和干燥，干燥溫度為60度，制得鋅摻雜的ATO納米粉，經測試其粒徑的均值為5納米。

5)將聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和鋅摻雜的ATO納米粉均勻混合后，于220℃條件下擠出，得到聚碳酸酯母粒；聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和紅外阻隔劑質量份的比為93：0.5：1.7：2.5，660nm特征光合有效輻射轉光劑為CaAlSiN₃：Eu²⁺，660nm特征光合有效輻射轉光劑的粒徑均值為5um。CaAlSiN₃：Eu²⁺發射出峰值波長是660nm的光合特征輻射，半高寬為85nm。

6)將聚碳酸酯母粒經真空輸送機送至螺桿擠出機組，通過螺桿擠出機組加熱至285℃，并經模具定型，將定型后的陽光板放入180℃的退火爐中退火30分鐘，自然冷卻至室溫20～25℃，得到光合隔熱陽光板。所得到的光合隔熱陽光板和不添加660nm光合有效輻射轉光劑的普通陽光板的太陽光譜圖如圖1所示。從圖中可以看出，相比于普通陽光板，實施例2得到的光合隔熱陽光板的太陽光光譜中紫外光和藍光部分強度降低，而在660nm附近的紅光部分增強。由于光合隔熱陽光板中的660nm特征光合有效輻射轉光劑吸收了紫外線和部分藍光，并轉換成了對植物光合作用有用的660nm紅光，有效提高了光能利用率并提供了紅藍光比例，可應用于農業大棚、溫室種植、陽光房等場合，達到增產增質的效果。

實施例3

一種光合隔熱陽光板的制備方法，包括以下步驟：

1)在三個燒杯中按化學計量比Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x(x＝0.15)分別加入SnCl₄·5H₂O、SbCl₃和Zn(Ac)₂·2H₂O,再向每個燒杯中加入無水乙醇使三種原料充分溶解(均勻分布)在無水乙醇中，依次得到SnCl₄乙醇溶液、SbCl₃乙醇溶液和Zn(Ac)₂乙醇溶液，其中，SnCl₄的物質的量與均勻分布該SnCl₄的無水乙醇的體積的比為2：5；SbCl₃的物質的量與均勻分布該SbCl₃的無水乙醇的體積的比為1：10；Zn(Ac)₂的物質的量與均勻分布該Zn(Ac)₂的無水乙醇的體積的比為1：50，物質的量的單位為mmol，體積的單位為mL。

2)將SbCl₃乙醇溶液和Zn(Ac)₂乙醇溶液逐滴滴加至SnCl₄乙醇溶液中，于70℃下回流4小時，得到溶膠；

3)向溶膠中逐滴加入氨水，以調節步驟2中所得溶膠的pH至7，將得到的溶膠轉移至微波水熱反應釜中，在微波條件下，微波水熱溫度設定為160℃，反應時間1小時。

4)將步驟3)所得反應后的溶膠多次洗滌、離心和干燥，干燥溫度為60度，制得鋅摻雜的ATO納米粉，經測試其粒徑的均值為5納米。

5)將聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和鋅摻雜的ATO納米粉均勻混合后，于225℃條件下擠出，得到聚碳酸酯母粒；聚碳酸酯、抗氧劑、增白劑、660nm特征光合有效輻射轉光劑和紅外阻隔劑質量份的比為92：0.6：1.5：2，660nm特征光合有效輻射轉光劑為Sr₂Si₅N₈：Eu²⁺，660nm特征光合有效輻射轉光劑的粒徑均值為3um。

6)將聚碳酸酯母粒經真空輸送機送至螺桿擠出機組，通過螺桿擠出機組加熱至285℃，并經模具定型，將定型后的陽光板放入180℃的退火爐中退火40分鐘，自然冷卻至室溫20～25℃，得到光合隔熱陽光板。光合隔熱陽光板具有660nm紅光轉光特性及阻隔紅外光特性，由660nm特征光合有效輻射轉光劑和紅外阻隔劑均勻分布在聚碳酸酯陽光板中制得。該光合隔熱陽光板可以將太陽光中的紫外光、藍綠光轉換成660nm的特征光合有效輻射紅光，不僅可以將植物不能吸收利用的紫外光轉換成660nm特征光合有效輻射紅光，還可以將部分藍綠光轉換成660nm特征光合有效輻射紅光，從而提高紅藍光比例。同時，紅外阻隔劑可以有效吸收太陽光譜中的紅外線輻射，具有保溫隔熱的效果。

表1為普通陽光板和本發明的光合隔熱陽光板(兩者厚度相同)的紅外線透過率數據對比(紅外線透過率由LS182太陽膜測試儀測得)，從表中可以看出所得到的光合隔熱陽光板中由于存在紅外阻隔劑，紅外線的透過率明顯降低。

表1普通陽光板和光合隔熱陽光板的紅外線透過率對比

以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護范圍。