適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜及其制備方法

本發明涉及轉光農膜，尤其涉及一種適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜及其制備方法。

背景技術：

1、設施農業是保障農業生產的重要技術，已經在我國南北方大面積推廣，它可以提供穩定的氣候條件，創造適合農作物四季生長的優良環境，使農作物產量達到露天栽培產量的3.5倍。據統計，目前設施農業的產值已經占到我國種植業總產值的22%。為了能夠在光合作用的過程中更好的轉換和儲存能量，以量子點轉光農膜為代表的人工補光方式已經成為保障設施農業生產的主要手段之一。但由于我國各地冬季平均日照時間短、日照強度弱以及冷凝結霜降低棚膜透過率等問題，日光光譜中農作物光合作用所需要的紅光（600nm–660nm）光譜強度遠低于夏季水平，特別是在冬季溫度較低的北方以及南方梅雨季節時，由于晝夜溫差產生的冷凝水的水分子會滲透進轉光農膜，在強日光照射下產生活化氧，破壞量子點的固有結構，導致量子點功能失效及轉光農膜老化，會大幅度降低轉光農膜使用壽命，導致農作物生長速率減緩、產量降低，嚴重影響農產品的穩定供應。因此，亟需一種適合高寒及高濕地區設施農業應用的量子點轉光農膜，能夠實現對轉光農膜的光致發熱及溫度調控，加快轉光農膜表面冷凝水的蒸發，延長轉光農膜的使用壽命。

技術實現思路

1、本發明為解決上述問題，提供一種適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜及其制備方法。

2、本發明目的在于提供一種適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，包括從上至下依次層疊設置的三個結構功能層：第一納米粒子保護膜、量子點中間膜層和第二納米粒子保護膜；

3、所述量子點中間膜層由量子點材料、聚合物材料、潤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膜和所述第二納米粒子保護膜的結構相同，均由金屬納米粒子、聚合物材料、潤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、優選的，量子點材料包括鈣鈦礦量子點，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、優選的，量子點材料與所述聚合物材料摻雜的質量比為1:5~40；所述金屬納米粒子與所述聚合物材料摻雜的質量比為1:40~100。

6、優選的，適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜的厚度為1~2mm。

7、優選的，由下述方法制備：

8、s1.采用熱注入法制備量子點；

9、s2.采用化學還原法制備金屬納米粒子；

10、s3.制備量子點轉光農膜中間層的母粒：將所述量子點和聚乙烯材料按照比例混合均勻后，通過擠出造粒的方法制備得到量子點轉光農膜中間層的母粒；

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

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

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

14、s7.設定所述吹膜機的模頭溫度為150~170℃、熔融溫度為175~185℃，吹膜機的中間噴頭吹所述中間層混合液，得到量子點中間膜層；吹膜機的兩側噴頭吹保護層混合液，得到第一納米粒子保護膜和第二納米粒子保護膜；最終得到三層膜結構的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜。

15、優選的，步驟s3和s4中擠出造粒的參數如下：加熱溫度150~200℃，擠出轉速為300~800r/min。

16、優選的，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材料，配制檸檬酸鈉溶液作為還原劑；

18、s202.在轉速為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，使溶液變為橙紅色；

19、s203.持續加熱，在激烈攪拌下回流8~15min；停止加熱、撤去熱源，繼續攪拌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、優選的，聚合物材料為聚乙烯材料；所述潤滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺；所述抗紫外劑為二苯甲酮。

21、優選的，量子點轉光農膜中間層的母粒、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量比例為10：5：100：1；所述納米粒子保護膜的母粒、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量比例為8：4：120：1。

22、優選的，步驟s1中的量子點為銅銦硫量子點；所述銅銦硫量子點具有雙包殼層結構，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、與現有技術相比，本發明能夠取得如下有益效果：

24、本發明制備的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，通過將金屬納米粒子膜作為保護層與量子點轉光農膜共同組成三層轉光膜結構，能夠有效地解決因晝夜溫差而產生的冷凝水的水分子滲透進轉光農膜并在強日光照射下產生活化氧從而導致量子點功能失效并使轉光農膜老化的問題；

25、轉光農膜中的金屬納米粒子通過光致發熱可以提升轉光農膜的表面溫度，以非輻射復合的形式將日光中的綠光吸收并轉換為熱能向外釋放，加快轉光農膜表面冷凝水的蒸發，延長轉光農膜的使用壽命，為高寒及高濕地區的設施農業提供了一種新選擇；

26、量子點材料應在紫外光、藍光和黃光波段有較強吸收，并且能夠高效地將其轉換到農作物光合作用所需要的紅光波段。

技術特征：

1.適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于：包括從上至下依次層疊設置的三個結構功能層：第一納米粒子保護膜、量子點中間膜層和第二納米粒子保護膜；

2.根據權利要求1所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于：所述量子點材料包括鈣鈦礦量子點，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.根據權利要求2所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于：所述量子點材料與所述聚合物材料摻雜的質量比為1:5~40；所述金屬納米粒子與所述聚合物材料摻雜的質量比為1:40~100。

4.根據權利要求3所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于：所述適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜的厚度為1~2mm。

5.根據權利要求1-4任意一項所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于，由下述方法制備：

6.根據權利要求5所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于：所述步驟s3和s4中擠出造粒的參數如下：加熱溫度150~200℃，擠出轉速為300~800r/min。

7.根據權利要求6所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，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.根據權利要求7所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于：所述聚合物材料為聚乙烯材料；所述潤滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺；所述抗紫外劑為二苯甲酮。

9.根據權利要求8所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于：所述量子點轉光農膜中間層的母粒、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量比例為10：5：100：1；所述納米粒子保護膜的母粒、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量比例為8：4：120：1。

10.根據權利要求9所述的適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜，其特征在于：所述步驟s1中的量子點為銅銦硫量子點；所述銅銦硫量子點具有雙包殼層結構，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。

技術總結
本發明涉及轉光農膜技術領域，尤其涉及一種適用于高寒及高濕地區的量子點轉光農膜及其制備方法。量子點轉光農膜包括從上至下依次層疊設置的三個結構功能層：第一納米粒子保護膜、量子點中間膜層和第二納米粒子保護膜；量子點中間膜層由量子點材料、聚合物材料、潤滑劑及抗紫外劑混勻后采用共擠出吹塑薄膜的方式制得；第一納米粒子保護膜和第二納米粒子保護膜的結構相同，均由金屬納米粒子、聚合物材料、潤滑劑及抗紫外劑混勻后采用共擠出吹塑薄膜的方式制得。優點在于：有效地解決冷凝水的水分子滲透進農膜并在強日光照射下產生活化氧導致的量子點功能失效和農膜老化的問題；將其他波段的光轉換到農作物光合作用所需要的紅光波段。

技術研發人員：朱洪波,萬鵬程,薛旭蘭,張會丹,林星辰,申克文,寧永強,王立軍
受保護的技術使用者：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21