一种兼顾农作物光照和光伏发电的光学分光膜的制作方法

本实用新型涉及薄膜技术领域，更具体的说，是一种兼顾农作物光照和光伏发电的光学分光膜。

背景技术：

作物生长依赖于光环境，植物需求量最大的是红、蓝光，而绿光、紫外光则对植物发展不利。大棚以及一些室内栽培技术也在进行光环境的控制，一个很经济的方案便是将光学膜应用到这些系统中，透过红蓝光，紫外光以及绿光，再将。目前金属膜和介质膜较为昂贵，聚合物成本较低，本发明便是提供一种采用聚合物方案，将阳光中植物所需要的光谱成分透视，其他部分反射用于发电等其他用途。

近似的实现方案：

1、专利CN104459834A中公开了一种多层光学薄膜制作方法，使用七组能够反射不同波段光的反射单元组进行叠加，选择不同的反射单元就可以实现不同的反射和投射波段，实现了反射或透射可见光的任意波段的功能。

2、专利CN104459833A中公开了一种针对植物生长系统的聚合物薄膜制作方法，使用多个薄膜单元，可以透过植物所需要的波段。

现有方案的不足：

专利CN104459834A中没有针对植物生长，并且七个反射单元组相对固定，调节空间较小；受限于聚合物的折射率差较小，多个相同的反射单元形成的反射单元组截至带宽窄，所需反射单元组较多，反射单元组叠加时对总效果的干扰较大；专利CN104459833A中没有涉及具体调节透射谱的技术内容以及薄膜设计的技术方案。

技术实现要素：

为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种兼顾农作物光照和光伏发电的光学分光膜，以解决上述背景技术中的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种兼顾农作物光照和光伏发电的光学分光膜，总体结构由两种多层膜结构A、B组成，所述多层膜结构A与多层膜结构B均为n层采用聚合物X制成的X光学膜层和m层采用聚合物Y制成的Y光学膜层交替叠加而成；n层X光学膜层的厚度按照光线射入方向逐层递增，m层Y光学膜层的厚度沿光线射入方向逐层递增，聚合物X和聚合物Y具有不同的折射率，所述n与m的层数≥1。

优选的技术方案，顺着光线射入的方向，所述多层膜结构A、B的逐层递增关系均为第n层聚合物X的厚度dan＝da0+α(n-1)，da0为第一层的厚度；第m层聚合物Y的厚度dbn＝db0+β(m-1)，db0为第一层的厚度。

优选的技术方案，所述总体结构能够被红光与蓝光透射，所述蓝光的透射波段范围为(430±x)nm，所述红光的透射范围为(650±y)nm，其中，x,y的范围在0-60nm之间取值。

优选的技术方案，所述总体结构还能够被远红光透射，远红光透射波段范围为(735±z)nm,z的范围在20-50nm之间取值。

优选的技术方案，所述多层膜结构A具有可见光透过功能，透射波段为400-610nm,能够同时反射紫外线及红外线；所述多层膜结构B具有反射黄绿光的功能，反射波段为460-690nm。

优选的技术方案，还包括形成透过窗口的子光学膜，通过选用的不同透过特征的子光学膜形成透过窗口，所述透过窗口透过率L可调，L取值范围在20-90％，调节L的方法为选择相对应的不同折射率n的折射材料，子光学膜包括叠在一起的多层折射材料，折射材料单层最薄厚度d0与单层最厚厚度dn决定了透过窗口的具体光学特征，最薄厚度的单层折射材料的折射率决定了窗口短波端位置，最厚厚度的单层折射材料的折射率决定了窗口长波端位置，折射材料层数影响窗口内部的透过率。

由由于采用了上述技术方案，一种兼顾农作物光照和光伏发电的光学分光膜及其制作方法，总体结构由两种多层膜结构A、B组成，所述多层膜结构A与多层膜结构B均为n层采用聚合物X制成的X光学膜层和m层采用聚合物Y制成的Y光学膜层交替叠加而成；n层X光学膜层的厚度按照光线射入方向逐层递增，m层Y光学膜层的厚度沿光线射入方向逐层递增，聚合物X和聚合物Y具有不同的折射率，所述n与m的层数≥1；该实用新型结构简单，降低了使用成本，干扰效果小，适宜农作物的使用，同时可以将植物当中不需要的光进行反射，并且对反射的光可以用于光伏发电，提高了能源的使用率，实现了带阻功能，可以选用的聚合物材料并不显著；通过对总体结构多层膜结构厚度的增减来调节反射波段的中心波长以及反射带宽，并且不需要更换材料，减少了浪费，同时也可以对透过波段的中心波长以及透过宽度可调，该发明应用到大棚或其他室内栽培系统中，可以对阳光起过滤作用，透过植物需要的光谱成分，反射其他成分，将没有用于植物生长的部分加以充分利用。与现有技术相比，本发明可以更好地针对植物的需求进行设计和调整，透过的光谱宽度也易于调整。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多层膜结构A的结构示意图；

图2为本发明实施例1中可见光透过膜A透射光谱；

图3为本发明实施例1中黄绿光过滤膜B透射光谱；

图4为本发明实施例1中最终结构1的透射光谱；

图5为本发明实施例2中可见光透过膜C透射光谱；

图6为本发明实施例2中黄绿光过滤膜D透射光谱；

图7为本发明实施例2中最终结构1的透射光谱；

图8为本发明实施例3中可见光透过膜C透射光谱；

图9为本发明实施例3中黄绿光过滤膜D透射光谱；

图10为本发明实施例3中最终结构3的透射光谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。

具体实施过程中，不同折射率聚合物材料A、B的组合有多种，包括但不限于(PET，PMMA)(PET，PTFE)，(PTFE，PMMA)等组合。膜层数m,n也是可以根据要求不同而调节的。

实施案例1

选用PMMA和PET两种材料，分别得到可见光透过膜A、黄绿光过滤膜B结构如下表所示

A结构

A结构的透射光谱图如图2所示，

B结构

B结构的透射光谱如图3所示，

将A、B组合得到的最终结构1的透射光谱如图4所示，最终有红蓝光两个透过峰，其他波段反射，可同时满足植物采光和太阳能发电用光的需求。

总体结构由多层膜结构A与多层膜结构B组成，所述多层膜结构A与多层膜结构B均为512层采用聚合物PET制成的PET光学膜层和512层采用聚合物PMMA制成的PMMA光学膜层交替叠加而成；512层PET光学膜层的厚度沿光线射入方向逐层递增，512层PMMA光学膜层的厚度沿光线射入方向逐层递增，其中PMMA光学膜与PET光学膜阶梯叠加形成的厚度，因此每层PMMA光学膜与PET光学膜厚度均不相同，通过其中光学膜厚度的不同对反射波段的中心波长以及反射带宽，以及透过波段的中心波长及透过宽度进行调节。

红光和蓝光两个透射波段分别为(430±x)nm和(650±y)nm其中x＝25,y＝55

作为优选的技术方案，所述总体结构还能够被远红光透射，远红光透射波段范围为(735±z)nm,z＝20nm之间取值。

作为优选的技术方案，还包括形成透过窗口的子光学膜，通过选用的不同透过特征的子光学膜形成透过窗口，所述透过窗口透过率L可调，L取值范围在20％，调节L的方法为选择相对应的不同折射率n的折射材料，子光学膜包括叠在一起的多层折射材料，折射材料单层最薄厚度d0与单层最厚厚度dn决定了透过窗口的具体光学特征，最薄厚度的单层折射材料的折射率决定了窗口短波端位置，最厚厚度的单层折射材料的折射率决定了窗口长波端位置，折射材料层数影响窗口内部的透过率。

实施案例2

选用PET和PTFE两种材料，分别得到可见光透过膜C、黄绿光过滤膜D结构如下表所示

C结构

C结构的透射光谱图如图5所示，

D结构

D结构的透射光谱如图6所示，

将C、D组合得到的最终结构2的透射光谱如图7所示，最终有红蓝光两个透过峰，其他波段反射，可同时满足植物采光和太阳能发电用光的需求。

总体结构由多层膜结构A与多层膜结构B组成，所述多层膜结构A与多层膜结构B均为1024层采用聚合物PET制成的PET光学膜层和1024层采用聚合物PTFE制成的PTFE光学膜层交替叠加而成；1024层PET光学膜层的厚度按照叠加方向呈线性梯度逐层递增,1024层PTFE光学膜层的厚度沿叠加方向呈线性梯度逐层递增，通过其中光学膜厚度的不同对反射波段的中心波长以及反射带宽，以及透过波段的中心波长及透过宽度进行调节。

红光和蓝光两个透射波段分别为(430±x)nm和(650±y)nm其中x＝30,y＝55。

作为优选的技术方案，所述总体结构还能够被远红光透射，远红光透射波段范围为(735±z)nm,z＝45nm。

作为优选的技术方案，通过选用的不同透过特征的子光学膜形成透过窗口，所述透过窗口透过率L可调，所述透过窗口透过率L可调，L取值50％。

实施案例3

选用PTFE和PMMA两种材料，分别得到可见光透过膜C、黄绿光过滤膜D结构如下表所示

C结构

C结构的透射光谱图如图8所示，

D结构

D结构的透射光谱如图9所示，

将C、D组合得到的最终结构3的透射光谱如图10所示，最终有红蓝光两个透过峰，其他波段反射，可同时满足植物采光和太阳能发电用光的需求。

红光和蓝光两个透射波段分别为(430±x)nm和(650±y)nm其中x＝30,y＝55。

总体结构由多层膜结构A与多层膜结构B组成，所述多层膜结构A与多层膜结构B均为256层采用聚合物PMMA制成的PMMA光学膜层和256层采用聚合物PTFE制成的PTFE光学膜层交替叠加而成；256层PMMA光学膜层的厚度按照叠加方向呈线性梯度逐层递增,256层PTFE光学膜层的厚度沿叠加方向呈线性梯度逐层递增。

红光和蓝光两个透射波段分别为(430±x)nm和(650±y)nm其中x＝30,y＝55。

作为优选的技术方案，所述总体结构还能够被远红光透射，远红光透射波段范围为(735±z)nm,z＝50nm。

作为优选的技术方案，通过选用的不同透过特征的子光学膜形成透过窗口，所述透过窗口透过率L可调，所述透过窗口透过率L可调，L取值90％。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。