用于农业环境的光漫射反射幕的制作方法

用于农业环境的光漫射反射幕
相关申请的交叉引用
1.本技术要求于2019年2月8日提交的美国临时申请第62/803162号的权益，其主题通过引用明确并入本技术。
技术领域
2.本公开总体上涉及光漫射膜，更具体地，涉及用于农业环境的受控光漫射反射膜。


背景技术：

3.近年来，由于各种原因，室内农业越来越流行。室内农业通常使用生长照明，诸如天棚照明。根据所种植的特定物种，植物生长通常是由于可利用营养物质、光和二氧化碳的组合而发生的。植物利用叶绿素和其他色素从光中吸收能量，并通过光合作用将其转化为植物可以利用的能量。例如，所有植物中都存在的叶绿素a，从紫蓝色和橙红色光谱的波长中吸收大部分能量。因此，农业人员(例如农民)可以利用他们对植物及其色素的了解来调整要使用的特定生长灯，以节省能源以及改变某些植物或有机体的味道、营养价值和/或药用价值。
4.与室外农业相比，特定种类的室内农业可能以独特的方式用水。例如，水培农业种植植物通常不使用土壤，而是包括植物在植物根部所暴露的水溶剂中生长所需的养分和矿物质。植物由珍珠岩或砾石等惰性介质支持，而不是土壤。此外，闭环灌溉系统也可纳入某些水培操作中。闭环灌溉节约了一半以上的用水，减少了化肥的使用量，同时也防止了污染物进入系统，这些污染物可能来自地下水和土壤。
5.风险降低也可能是受控环境农业普及的一个主要因素。例如，当植物生长在传统的室外农业环境中时，害虫、疾病、恶劣天气和其他来源造成产量损失的风险更大。此外，目前在农产品运输业务中的做法是在农产品(如水果)成熟之前采摘，以便农产品在从农场到农产品各自目的地的漫长运输过程中成熟。这是因为如果农产品在成熟后被采摘，农产品可能在运输过程中受损，或者保质期太短。另外，已知在成熟前采摘的农产品比允许在采摘前成熟的新鲜农产品营养更少。此外，可生产食用植物和水果的植物，可能被种植在当地以缩短食品供应与分销商、餐馆、超市和当地农贸市场之间的距离，从而降低运输成本，并通过当地采购帮助确保新鲜度。此外，室内生长环境通常比其他方法更清洁，因此减少了人为错误(诸如大肠杆菌污染)的可能性。


技术实现要素：

6.本发明公开了一种受控环境中的农业系统。根据一个示例(“示例1”)，该农业系统包括反射幕，该反射幕包括具有至少90％反射值的多孔膜。
7.根据另一示例(“示例2”)，进一步根据示例1，农业系统还包括光源和光合生物体，该光合生物体被布置为接收来自光源并由反射幕漫射的光。
8.根据另一示例(“示例3”)，进一步根据示例1或2，该膜在约980mbar至约1040mbar
的大气压力下对空气是可渗透的。
9.根据另一示例(“示例4”)，进一步根据前述任何示例，膜在400nm至450nm的第一波长范围内的第一平均反射率值低于在450nm至750nm的第二波长范围内的第二平均反射率值。
10.根据另一示例(“示例5”)，进一步根据任何前述示例的，多孔膜的反射率值至少为95％。
11.根据另一示例(“示例6”)，进一步根据示例5，多孔膜的反射率值至少为98％。
12.根据另一示例(“示例7”)，进一步根据任何前述示例，该膜包括膨胀氟聚合物。
13.根据另一示例(“示例8”)，进一步根据示例7，该膨胀含氟聚合物为膨胀聚四氟乙烯(eptfe)。
14.根据另一示例(“示例9”)，进一步根据前述任何示例，农业系统进一步包括光源，该光源可操作地布置在反射幕附近以使光被反射幕反射。
15.根据另一示例(“示例10”)，进一步根据前述任何示例，反射幕形成外壳，该外壳被配置为覆盖光合生物体。
16.根据另一示例(“示例11”)，进一步根据示例3，所述膜还对至少一种其他气体是可渗透的。
17.根据另一示例(“示例12”)，进一步根据示例11，其他气体包括以下至少一种：硫化氢和乙烯。
18.根据另一示例(“示例13”)，温室包括至少一个侧壁和天花板。该至少一个侧壁和天花板至少部分包括具有至少90％反射率值的多孔膜。
19.根据另一示例(“示例14”)，用于光源的顺应性反射物包括具有至少90％反射率值的多孔膜。
20.根据另一示例(“示例15”)，自清洁反射物包括具有至少90％反射率值的多孔膜。可通过将空气吹过多孔膜来清洁反射物。
21.根据另一示例(“示例16”)，进一步根据示例15，自清洁反射物还包括可操作地与多孔膜相关联的加压空气源，该加压空气源被配置为通过多孔膜输送加压空气以清洁多孔膜。
22.根据另一示例(“示例17”)，光谱特定温室材料包括具有至少90％反射率值的多孔膜。膜在400nm到450nm的第一波长范围内的第一平均反射率值低于在450nm到750nm的第二波长范围内的第二平均反射率值。
23.根据一个示例(“示例18”)，进一步根据示例1至12中任一示例，反射幕具有0.100mm至0.400mm的厚度。
24.根据一个示例(“示例19”)，进一步根据示例1至12以及示例18中任一示例，反射幕的悬垂系数小于0.4。
25.根据一个示例(“示例20”)，进一步根据示例1至12、示例18以及示例19中任一示例，反射幕的密度小于0.50g/cc。
26.根据一个示例(“示例21”)，进一步根据示例9或10，该至少一个光源布置在该反射幕上，该反射幕进一步包括布置在其上并与该至少一个光源操作地耦合的至少一个导电迹线阵列。
27.根据一个示例(“示例22”)，进一步根据示例21，反射幕包括至少彼此部分粘合的两个反射层，并且至少一个光源和至少一个导电迹线布置在反射幕的两个反射层之间。
28.根据一个示例(“示例23”)，进一步根据示例21或22，反射幕上的至少一个位置比反射幕的其余部分更透明，并且至少一个光源布置在至少一个位置。
29.根据一个示例(“示例24”)，进一步根据示例21或22，反射幕上的至少一个位置形成透镜，并且至少一个光源布置在该至少一个位置。
30.根据一个示例(“示例25”)，公开了一种组装受控环境农业系统的方法。该方法包括：在植物附近布置反射幕，该反射幕包括具有至少90％反射率值的多孔膜；以及操作光源以提供从反射幕反射到植物的光。
31.根据一个示例(“示例26”)，进一步根据示例25，操作光源包括为包括在反射幕中的光源供电。
32.根据一个示例(“示例27”)，进一步根据示例26，反射幕包括反射幕表面上的至少一个导电迹线阵列，该至少一个导电迹线阵列可操作地与光源耦合。
33.根据一个示例(“示例28”)，进一步根据示例26或27，反射幕进一步包括彼此至少部分粘合的第一层和第二层，使得光源布置在聚合物膜层和反射幕之间。
34.根据一个示例(“示例29”)，进一步根据示例28，第一层和第二层中的至少一层的表面在布置光源的位置处基本上是透明的。
35.根据一个示例(“示例30”)，进一步根据示例25至29中的任何一个，布置反射幕包括悬挂反射幕，使得环境正压气流导致反射幕变形并调整反射幕相对于植物的表面角度。
36.根据一个示例(“示例31”)，进一步根据示例25，调整反射幕的表面角度改变光被反射幕反射或散射的方向。
37.根据一个示例(“示例32”)，公开了一种制造反射幕的方法。该方法包括在反射率值至少为90％的第一膜的表面上施加至少一个导电迹线阵列，在第一膜的表面上布置光源，该至少一个导电迹线阵列可操作地与光源耦合，在第二膜的表面上施加粘合剂，以及通过至少部分地将第一膜的表面与第二膜的表面粘合以使得光源布置在第一膜和第二膜之间来形成反射幕。
38.根据一个示例(“示例33”)，进一步根据示例32，该方法进一步包括用溶剂湿润聚合物膜层的表面。当聚合物膜层和反射幕至少部分粘合时，聚合物膜的表面要布置光源的位置被湿润。
39.根据一个示例(“示例34”)，进一步根据示例32或33，反射幕具有0.100mm至0.400mm的厚度。
40.根据一个示例(“示例35”)，进一步根据示例32至34中任一示例，反射幕具有小于0.4的悬垂系数。
41.根据一个示例(“示例36”)，进一步根据示例32至35中任一示例，反射幕的密度小于0.50g/cc。
42.根据一个示例(“示例37”)，公开了一种受控环境农业系统，其中该系统包括反射幕，该反射幕包括具有至少80％的反射率值和小于0.4的悬垂系数的多孔膜。
43.根据一个示例(“示例38”)，进一步根据示例37，反射幕具有0.100mm至0.400mm的厚度。
44.根据一个示例(“示例39”)，进一步根据示例37或38，反射幕的密度小于0.50g/cc。
45.根据一个示例(“示例39”)，进一步根据示例37
‑
39中的一个示例，受控环境农业系统包括光源和光合生物体，光合生物体被布置为接收来自光源并由反射幕扩散的光。
46.根据一个示例(“示例40”)，进一步根据示例39，光合生物体被配置成当光合生物体生长超过预定高度或尺寸时改变反射幕的位置。
47.上述示例仅限于此，且不应被理解为限制或以其他方式缩小本发明另外提供的任何发明构思的范围。虽然公开了多个示例，但从以下详细描述中，其他实施例对本领域技术人员将变得显而易见，这些实施例示出并描述了示例性示例。因此，附图和详细说明在本质上被视为说明性的而不是限制性的。
附图说明
48.附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且附图被包含到本说明书中并构成本说明书的一部分，示出实施例，并且与说明一起用于解释本公开的原理。
49.图1示出了根据至少一个实施例的位于光源和植物之间的材料实现光漫射的农业环境；
50.图2示出了根据至少一个实施例的形成光源和植物的外壳的材料实现光反射的农业环境；
51.图3a示出了根据至少一个实施例的光由于漫射反射而在表面上传播的不同方向；
52.图3b示出了根据至少一个实施例的当光由于漫射反射而散射时入射光和漫射光之间的关系；
53.图3c是根据至少一个实施例的如本文所公开的具有高漫射反射率表面的表面的特写图；
54.图4是示出根据至少一个实施例的本文所公开的各种材料的波长和反射率之间的关系的图形图示；
55.图5是示出根据至少一个实施例的反射率和反射率可实现的反射次数之间的关系以及在每次反射之后的剩余光能的图形图示；
56.图6是根据实施例的室内农业环境的视图，其中两个植物中的一个被eptfe幕封闭，另一个位于外壳外部；以及
57.图7是根据至少一个实施例的在根据图6的环境中生长的两个植物的比较图。
58.图8是示出根据至少一个实施例的用于植物的反射幕的设置的图示；
59.图9是根据至少一个实施例的具有光源和附着于其上的金属迹线的反射幕的局部视图。
具体实施方式
定义和术语
60.本公开不旨在以限制性的方式理解。例如，应用中使用的术语应在该领域的人员将赋予此类术语的含义的上下文中进行广义地理解。
61.关于不精确性术语，术语“约”和“大约”可以互换使用，以指包括所述测量值的测量值，也包括合理接近所述测量值的任何测量值。合理接近所述测量值的测量值与所述测
量值的偏差小，这一点由相关领域的普通技术人员理解并容易确定。例如，此类偏差可归为测量误差或为优化性能而进行的微小调整。如果确定在相关领域具有普通技能的个人不会轻易确定此类合理微小差异的值，则术语“大约”和“大约”可理解为所述值的正负10％。
62.本文使用的术语“漫射透射”是指光或电磁波穿过或通过材料，之后光散射，或单向光束被偏转到多个方向。术语“漫射透射率”描述了材料透射来自光的辐射能的有效性。
63.如本文所用，术语“漫射反射”指光的散射反射(例如，源自单向光束)。如本文所用，术语“漫射反射率”描述了材料反射来自光的辐射能的有效性。各种实施例的描述
64.本领域技术人员将容易理解，本公开的各个方面可以通过配置用来执行预期功能的任意数量的方法和装置来实现。还应注意，本公开提及的附图不一定按比例绘制，而可以被夸大以说明本公开的各个方面，并且在这方面，附图不应被解释为限制性的。还应理解，术语“光合生物体”和“植物”可在本文中互换使用。
65.图1至图3是根据本发明的与反射幕(也称为光幕)的光学特性和物理结构相关的概念的说明性图。在图1和图2中，反射幕100位于光源102和光合生物体(例如，植物、藻类、细菌和浮游植物)104之间，光合生物体104将接收来自光源102的尽可能多的光。在图1中，反射幕100被放置在光源102和植物104的线性附近和之间，使得光通过反射幕100透射并在反射幕100的另一侧分散，使得植物104均匀地或大体上均匀地接收光因此，在该示例中，反射幕100具有高漫射透射率值。图1的反射幕100类似于温室中使用的覆盖材料，该覆盖材料位于太阳和温室内的植物之间，以保护植物免受外部害虫和可能对植物生长有害的其他环境因素的影响。
66.图2示出了在植物周围形成的外壳，其中外壳由反射幕100形成。在这种情况下，反射幕100具有高反射率，使得来自光源102的光从反射幕100的表面反射并从各个方向朝向植物104。具体地说，图2中的反射幕100具有高漫射反射率值，以使植物从各个方向获得尽可能多的光。与图1中所示的配置相比，具有图2中所示的配置的优点之一是，由于来自增加的角度范围(例如，大于180度、大于270度或高达360度)的光的反射，植物104可以接收更多的光。图2的反射幕100用于容纳和分散进入温室的阳光或温室环境中产生的光。该过程的示例如图3a
‑
图3c所示。
67.图3a
‑
图3c示出了反射幕100的漫射反射率的相关概念。当光线从表面反射时，光线的传播方向根据光线发生反射的表面的角度而变化。因此，如果表面相当光滑，则光线始终以相同的角度从表面反射，因此产生镜面反射(例如，来自表面的镜面反射)。镜面反射率高的表面的一个例子是镜子，它几乎均匀地反射光的所有成分，反射的镜面光和法线形成的角度与入射光相同。相反，反射幕100的微结构允许入射光以各种角度分散，这取决于其表面反射光的具体位置。
68.如图3a所示，光散射的一个示例可使用粗糙表面来实现。该粗糙的表面使光跨多个不同角度反射。因此，如图3b所示，从粗糙表面反射的漫射光沿许多不同方向传播。该表面可以通过各种加工技术进行粗糙化，包括激光、蚀刻、机械磨损、压延等，仅举几种。在一些示例中，材料本身的微结构是多孔的或微孔的，因此表现出光漫反射。并且，在各种示例中，可以实现诸如上面引用的微结构和表面改进的组合，以实现期望的光散射特性。
69.例如，反射幕的材料可以是具有高漫射反射率的聚合物膜材料。反射幕可由微孔
的、贴合的和光反射的材料形成，或以其他方式包括微孔的、贴合的和光反射的材料。在一些实施例中，反射幕由膨胀含氟聚合物材料形成，例如膨胀聚四氟乙烯(eptfe)。反射幕的材料通常可以是相对贴合或可覆盖的膜或薄膜的形式。尽管eptfe是合适材料的示例，但反射幕可包括其他类型的膨胀聚合物，例如膨胀聚乙烯(epe)。例如，反射幕可包括一层或多层epe，诸如经凝胶处理的epe，其从400nm到700nm可分别具有约40
‑
45％的反射率。一个或多个epe层可以相对薄(例如，小于0.500mm)且坚固，并且是贴合的和绝缘的。
70.在一些实施例中，反射幕包括多个层，其可具有不同的特性(例如，厚度、渗透性、反射性、漫射性、疏水性或亲水性或其他)。因此，这些层可以被布置成修改反射幕的一个或多个特性，诸如透射率、反射率、空气和/或水或水蒸气渗透性，或其他特性。例如，一些示例包括第一层eptfe膜(例如，厚度小于0.500mm)和第二层epe膜(例如，厚度小于0.500mm)。例如，epe膜的第二层可以实施为背衬层。
71.图3c示出了作为示例的eptfe膜反射幕，其包括折射光的纤维化微结构(包括如图所示互连多个节点的多个纤维)。尽管图3c中显示了相对较大的节点结构，但一些微结构包括高度纤维化的或基本上无节点的结构。
72.作为参考，术语“折射”涉及光波从表面反弹时方向的变化。在本文提供的各种实例中，包含纤维化微结构的纤维改变入射光的方向，其可将光重定向到其他邻近纤维，其可重定向到其他邻近纤维，以此类推。当这些纤维继续在它们之间折射光束时，可以说这些纤维使光束在由膜形成的外壳的限制内“反弹”。
73.如上所述，图3c示出了由eptfe形成的膜材料的表面的扫描电子显微镜(sem)图像，该膜材料可用于反射幕100，并可用于实现反射幕的漫反射特性。在使用eptfe或具有类似微结构的材料的一些示例中，光束从一个原纤维折射到另一个原纤维，使得与高原纤维密度耦合的微结构的深度和开放度允许微结构内的最大折射量。除eptfe膜外，还可使用其他具有类似性质的合适膨胀聚合物。在一些示例中，材料的微结构包括以对齐或其他方式定向以聚集或收集光的特征(例如，原纤)，使得产生的反射光束集中到所需位置，诸如由反射幕形成的外壳的中心。
74.在一些示例中，eptfe膜是一种相对节点微结构，其纤维定向在膜的一个轴上。在一些实施例中，薄膜具有以下特性：质量/面积：329g/m2；厚度：0.028英寸(0.711毫米)；密度：0.46g/cc；孔隙率：79％。单位面积质量可通过将样品质量(通过在天平mettler e163中称量样品获得)除以其表面积来计算。报告值可通过五个样品的平均测量值获得。厚度可使用卡式测厚仪(mitutoyo型号，547
‑
400，直径0.25"英尺，由伊利诺伊州奥罗拉制造)进行测量。报告值可通过五个样品的平均测量值获得。密度可通过将样品质量(通过在上述天平中称量样品获得)除以其体积(通过乘以样品面积及其厚度获得)来计算。报告的密度值可通过五个样品的平均测量值获得。孔隙率可用孔隙率百分比表示，并通过从1中减去物品平均密度和ptfe体积密度的商，然后将该值乘以100％来确定。为了进行该计算，ptfe的体积密度可取为2.2g/cc。
75.根据本公开所述实施例的用作反射幕的合适eptfe膜的附加示例可在1995年1月6日授予hannon等人的美国专利5596450(450专利)中找到。尽管450专利中的主要示例涉及0.500mm或更大的厚度，但在根据本公开所述反射幕的各种示例中，厚度可以小于0.500mm(例如，从0.100到0.400mm)。这种较低的厚度可实现更大的贴合性和悬垂性，这可能是理想
的，如下文所述。此外，加入相对较低的密度可能是理想的，诸如小于0.50g/cc(根据上述示例，例如0.46g/cc)。
76.图4示出比较可用于反射幕100的各种材料在不同可见光波长(例如，光谱特定方差)下的反射率值的图400。应注意，400nm至750nm的范围包括可见光的波长范围，紫色在低端，红色在高端。图400中的线a表示反射幕，包括由厚度为3mm的膨胀聚四氟乙烯(eptfe)制成的反射膜。线b表示另一个由厚度为0.5mm的eptfe制成的反射膜。线c表示另一个由eptfe制成的反射膜，厚度为0.25mm。线a到c仅代表反射幕100的几个可能实施例。
77.为便于比较，显示了其他类型材料的另外的反射模式。线d表示由粒状聚四氟乙烯(ptfe)制成的反射表面。线e表示由硫酸钡制成的反射表面。线f表示由微孔聚酯制成的反射表面。最后，线g表示由衬底上的粉末涂层制成的反射表面。
78.基于材料a到g(在图400中由其各自的线a到g表示)及其在各种波长下的反射率，比较其用作反射幕100的材料时的效率是可能的。例如，线a显示厚度为3mm的eptfe反射物的反射率为99％或以上，始终高于所有剩余的线，这超过了图中的任何其他材料。线b显示，厚度为0.5mm的eptfe反射物在400nm波长下与材料a的反射率水平相同，但在750nm处逐渐降低至约97％的反射率。线c显示，厚度为0.25mm的eptfe反射物在400nm波长下以低于86％的极低反射率开始，但在450nm处增加到98％以上，在450nm至750nm波长范围内保持不变。线d显示粒状ptfe在整个图中的反射率保持在96％到98％之间。线e、f和g的反射率逐渐降低，线g显示粉末涂层仅在约430nm至540nm范围内达到90％以上的反射率。
79.图5是指示材料的反射率与可实现的反射次数之间的关系的图500。每次光线反射时，就会损失一些光能。如果光学设计导致发生一次以上的反射，那么较差的反射物会吸收大量的总能量。因此，反射率的微小差异会导致总光输出的巨大差异。例如，线502显示反射率为98％的材质。根据图4，该材料可以是在波长大约600nm下的材料b(厚度为0.5mm的eptfe)或材料d(粒状ptfe)。最初，在任何反射发生之前，剩余的光能量为100％。当20％的光能被消耗时，这种材料可以实现10次反射。另一方面，对于仅具有92％反射率的材料(如线504所示)，在消耗20％的光能之前，该第二种材料仅实现2次反射。因此，可以看出，使用相同数量的能量，线502表示的第一种材料比线504表示的第二种材料在消耗20％的光能时获得更多的反射。该图的重要性在于，较高的反射率意味着较低的透射率，即当光线从表面反射时，通过表面逸出的能量较少。因此，在初始能量相同的情况下，反射率越高，产生的光就越多。
80.本发明中的一些实施例涉及以反射幕100的形式在植物周围使用高反射性材料以形成外壳，并允许来自光源的光在外壳内反射。外壳可以类似于图2中所示的外壳，其中外壳的形状为矩形，并且植物被反射幕100包围。作为参考，尽管术语“反射幕”以单数形式使用，但应了解，反射幕100可由单个连续材料片、多个离散的单独材料段或单独但连接的材料段形成。在另一示例中，由反射幕100形成的外壳的形状可以具有任何形状，诸如但不限于圆形、椭圆形、多边形、三角形、梯形或六角形，根据植物被布置的布局，外壳的形状可以最大化可放置在特定区域内的植物总数。在另一个例子中，确定布局是为了最大化利用较少的植物获得的总产量。这可以通过以下方式实现，例如，将每株植物与其相邻植物保持相等的距离，为每株植物的生长提供足够的空间，而不会让相邻植物的叶子干扰其生长。
81.在另一个实施例中，反射幕100可以是覆盖在接收光的植物上的软材料，其覆盖植
物的外围以防止异物进入外壳。在另一个示例中，反射幕100可以更加坚硬(例如，包括一个或多个加固构件)，并形成放置植物的容器(例如，反射幕100可以定义支撑植物的底部和/或侧面)。
82.外壳内壁的最大反射率可以为90％或更高、95％或更高、97％或更高、98％或更高，或99％或更高，具体取决于所使用的材料。在一些实施例中，内壁的最大反射率为约90％至约95％、约95％至约97％、约97％至约98％、约98％至99％或约99％至约99.5％。在一些实施例中，内壁的平均反射率为约90％至约95％、约95％至约97％、约97％至约98％、约98％至99％或约99％至约99.5％。
83.在本公开所讨论的一些示例中，用于反射幕100的材料是eptfe膜，其中其微结构设计为不仅反射而且漫射和/或选择性地允许某些波长通过。参考图400中的材料a，在整个可见光谱中，反射率始终在98％或以上。因此，如上所述，在图500中，材料a可以实现至少10次反射，同时使用来自光源的总光能的20％，从而与材料e、f和g相比，增加了总光输出，材料e、f和g在任何波长下都无法实现98％的反射率。使用高反射性材料(例如，用于反射幕100的eptfe膜)的一个优点是，与其他情况下所需的相比，可以使用较低瓦数的灯泡实现相同的发光，这也可以由于较低的能量使用而降低成本。例如，通过使用高反射性材料在整个外壳中反射来自低瓦数灯泡的光，用户可以实现与使用高瓦数灯泡直接照亮外壳内区域时相同或类似的发光。另一个优点是，从各个方向接收光的状态通常与植物在自然室外环境中通常接收光的方式更为相似。作为自然环境和人工生长环境之间差异的一个例子，在自然界中，风移动植物的叶子，使植物的不同部分受到阳光的照射，从而使较低的植被也能短暂地感受阳光。然而，由于在没有使用室内风扇的典型室内农业环境中没有风，因此使用并驱动进入反射幕100的运动有助于在整个生长环境中为植物提供光以用于接收。
84.参考图400中的材料c，400nm处的初始反射率远低于86％的反射率，这表明波长低于400nm的任何光都可以有效防止反射。换句话说，波长范围高达400nm的紫外线(uv)辐射不会被围栏内的植物吸收。如前所述，紫外线辐射可能对植物有害，因此限制植物暴露于此类射线可能是有利的。因此，在反射幕100中使用图400中的材料c是一个示例，其中可使用eptfe膜选择性地允许某些波长通过反射幕100到达外壳外部，以便这些波长不会反射回植物。或者，可以调整反射幕100，以便某些波长下的反射率可以小于或大于其他波长的反射率。这种可调节特性的优点包括排除可能促进霉菌或杂草生长的波长在外壳内的反射的能力。eptfe微结构可以通过多种方式进行操作，例如通过选择正确的树脂、调整加工参数以及改变其膨胀率和厚度。例如，1973年7月3日授予戈尔的美国专利3953566描述了许多方法来修改这些聚合物以获得不同的微结构。或者，也可以将两个或多个eptfe膜层压在一起以获得期望的结果。层压膜也可以用作阻光剂，因为众所周知，植物也需要一定量的完全黑暗才能茁壮成长。如果光源是易燃的，eptfe膜的物理性质也可以被操作为不易燃。应注意的是，也可使用与eptfe膜具有类似反射性特点的其他合适的膨胀聚合物膜。
85.在选择性允许通过的波长范围下(即，透射并因此不反射)，内壁的最小反射率可以比在要反射的波长范围内的最大反射率低至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少85％或至少90％。在一些实施例中，选择性允许通过的波长范围的最小反射率为约50％至约60％、约60％至约70％、约70％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％，或比要有效反射的波长范围内的最大反射率低约90％到约95％。选择性地允许通过(因此不被反射)
的波长范围可以是从约280nm到约380nm，从约380nm到约450nm，从约450nm到约495nm，从约495nm到约570nm，从约570nm到约590nm，从约590nm到约620nm，从约620nm到约750nm，或从约750nm到约1mm。在一些实施例中，可以选择多个范围，从而选择性地允许光谱的两个或更多个非相邻范围通过。例如，可允许从约280nm到约380nm、从约495nm到约570nm以及从约750nm到约1mm的范围通过而不被反射幕100反射或以降低的速率反射，因为这些范围的电磁辐射可能对植物的生长有害，或者不影响植物的生长，因为植物不吸收此类辐射。这些范围可以根据正在种植的植物类型进行调整。
86.除此之外，由eptfe膜形成的反射幕具有可调节孔隙率等优点。具有可调节孔隙率的优点是，液体和气体可以在标准大气压力下通过孔隙渗透，从而使植物具有更好的透气性。因为植物需要二氧化碳才能生长，所以可以根据需要调整气孔，使二氧化碳能够通过，而不会让外部的颗粒污染外壳内部。此外，附着在反射幕表面的灰尘会降低幕的反射率，因此可以利用气孔偶尔让气体通过，以去除可能附着在幕上的任何颗粒。在一个示例中，可使用加压二氧化碳气体将颗粒推离表面。因为二氧化碳比空气密度大，二氧化碳会沉到植物所在的底部表面(例如，桌子或托盘)，导致颗粒沉淀在底部表面上，远离幕。
87.在另一个示例中，反射幕可具有足够的孔隙率以允许水蒸气通过，从而最小化在幕表面上形成的冷凝。此外，除了二氧化碳，其他气体也有利于植物生长。例如，小剂量的硫化氢可以极大地促进植物的生长，而乙烯可以刺激水果的成熟。必要时，可调整eptfe膜的孔隙率，以允许此类气体进入外壳。
88.使用eptfe膜作为反射幕材料的其他优点包括其抗氧化性和降解性由于eptfe膜对ph值范围从0(最大酸度)到14(最大碱度)的几乎所有介质都具有化学惰性，具有从
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268℃到+315℃的广泛耐热性，并且具有生理惰性，eptfe反射幕能够长期承受室内照明系统的热量输出，而不会退化或融化。
89.如图400所示，反射幕中使用的eptfe膜的特性(如反射率)可以取决于用于内壁的eptfe膜的厚度。厚度可在约0.01mm至约1mm的范围内。在一些实施例中，厚度为约0.01mm至约0.05mm、约0.05mm至约0.1mm、约0.1mm至约0.25mm、约0.25mm至约0.5mm、约0.5mm至约0.75毫米，从大约0.75毫米到大约1毫米，或大于1毫米。需要注意的是，eptfe膜的厚度可以调整以满足用户提出的各种要求，例如反射幕的重量和贴合性或反射幕的悬垂性。由于减少厚度也会减少幕的重量，用户可以选择最薄版本的eptfe膜，其重量较轻，但仍能提供足够的反射率，以达到反射幕的目的。在一些示例中，反射幕可具有足够的贴合性、悬垂性和亮度，使得植物本身能够调整反射幕的位置。也就是说，当植物生长超过一定高度或大小时，植物可能能够将反射幕推到其初始位置之外，使反射幕覆盖在植物的一些外部叶子上。
90.在一些实施例中，反射幕100可以金属化和/或用金属或导电金属迹线印刷。金属迹线可用于允许将led或其他光源安装在柔韧、贴合和反光的衬底(例如eptfe膜)上，从而使led直接安装在幕上。例如，(多个)led灯可以安装在反射幕100的内壁上，使得(多个)led灯直接照射到植物上。在这样的实施例中，幕和光源之间的空间被消除，从而形成更密封的外壳。这种密封外壳的一个优点是增加了保护。此外，将led照明直接放置在包围植物的幕上方开口的配置可能产生空间，通过消除该空间从而最大化反射的光量是另一个优势。此外，在其他示例中，反射幕100是柔顺且柔性的。图8示出了这种密封外壳的示例。
91.图6和图7示出了使用本发明公开的反射幕进行实验的结果，以说明在相同条件下
(除了其中一个装置被eptfe反射幕包围，另一个装置留在反射幕外)生长的两种相同类型植物(罗勒)之间的差异。图6示出了反射幕600，该反射幕600包围样本植物604，而另一个样本植物602位于幕600的另一侧。在这种布置中，同一类型的种子在同一种生长介质中、同一时间、同一光源下、并且在这一天的同一时间在充满相同营养液的托盘中生长。样本植物604能够接收更多从反射幕600内壁反射的光。如图7所示，植物604比仅接收来自上面的光，并且接收的反射光很少(如果有的话)的样本植物602生长得更多。
92.每个植物所经历的生长可以通过相同时间和照明能源使用量下的生物量来测量。在这种情况下，生物量主要由植物叶片的表面积组成。应注意，放置植物的托盘606和用于上述实验中使用的植物的容器608均为黑色，因此吸收了植物可能利用的一些光。在这些实施例的一些实现中，可使用诸如具有银涂层或用铝板包裹的反射性容器和托盘，以便容器和托盘将光反射回植物的叶子，以进一步协助每种植物的光合作用。此外，托盘606和容器608也可以与反射幕层压。
93.图8示出了用于室内农业的设置或系统的另一示例，该设置或系统实施反射幕100和光源102以生长光合有机体104，在这种情况下，光合有机体104可以是植物。如图所示，反射幕100具有两个相对的侧，第一侧100a和第二侧100b，其中装置104放置在表面806上或以其他方式保持在它们之间的位置。在一些示例中，存在多个光源，例如：第一组光源102a连接或实现在位于植物104上方的天花板804中，第二组光源102b耦合或以其他方式实现在反射幕100的第一侧100a，并且第三组光源102c耦合或以其他方式实现在反射幕100的第二侧100b。
94.在一些示例中，根据植物104的不同需要，可以从设置中移除一个或多个上述光源102a、102b、102c，(例如，一些植物可能需要比上面更多的来自侧面的光，因此，光源102b和102c可能比天花板上的光源102a更优选)。本文所述的光源可以是任何合适的人工光源，诸如荧光生长灯、hps或hid生长灯以及led生长灯等。此外，光源可以是超轻和超薄的，以使反射幕能够在有风或通风的情况下自由移动。
95.在一些示例中，光源102可以固定、连接或以其他方式耦合到反射幕100。例如，一个或多个光源102可形成反射幕100的整体部分。在一些示例中，光源102可安装在反射幕100中形成的开口内。此外，一个或多个光源102可以使用电源802(例如，根据需要固定到天花板804或其他地方)进行控制。在一些示例中，反射幕100可以固定或附接到天花板804(或其他结构)的一端808处，同时可自由移动到另一端810处。在一些示例中，幕100的自由端810可与表面806接触，以形成水蒸气不能从中逸出但周围环境的空气仍可进入的外壳812。这可以通过控制形成反射幕100的材料(例如，氟聚合物膜，如前面描述的eptfe膜)的渗透性和疏水性来实现。
96.在一些示例中，外壳812内的水蒸气可在天花板804或其他结构和/或反射幕100的内表面814处冷凝。冷凝水蒸汽随后可形成液滴，该液滴在重力作用下沿反射幕100的内表面814向下移动。如果地面806或其他表面包括土壤或其他生长介质，则收集的水滴随后可被地面806吸收以利于植物104，而不会逃逸到外部大气中。作为参考，本说明中使用的术语“地面”并不意味着需要环境、土壤表面，而是为了便于指代下表面或结构。类似地，本说明通篇使用的术语“天花板”并不意味着需要屋顶或建筑结构，而是用于方便地指代上表面或结构。
97.如前所述，反射幕100可以相对薄且贴合。反射幕100的厚度测量为其内表面814和外表面814之间的距离。如前所述，可使用卡式测厚仪(mitutoyo型号，547
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400，直径0.25“英尺，由伊利诺伊州奥罗拉制造)测量厚度。反射幕100的贴合性或柔韧性可使用测试方法(例如，悬垂测试)进行测量，以确定反射幕100的悬垂系数，如本领域已知的。例如，适当的悬垂试验可包括在两个较小的同心圆盘之间制备反射幕100的圆形试样，并且允许反射幕100的外环在下部支撑圆盘周围悬垂成褶皱。覆盖反射幕100的阴影从下方投射到已知质量的纸环上，该纸环的尺寸与反射幕100的未支撑部分的尺寸相同。阴影的轮廓被描到纸环上，然后沿着阴影的轨迹切割纸。悬垂系数可以表示为代表阴影的纸环部分的质量，表示为整个纸环质量的百分比。在一些示例中，反射幕100可具有小于约0.4、小于约0.3、小于约0.2、小于约0.1或小于0.05的悬垂系数，以实现合适水平的贴合性和柔性。
98.在一些示例中，反射幕100的贴合性或柔性有助于反射幕100在外壳812内的不同部分散射更多的光。例如，当反射幕100是刚性时，除非光源102从其他角度移动或切换到直射光，否则光被供应到植物104的相同部分。
99.在本文提供的一些示例中，贴合反射幕可促进相对静态光源角度的使用，或可通过促进反射幕100在环境条件下的变形，进一步增强改变光源角度的功效。当反射幕100具有足够的适应性或柔性时，反射幕100能够在存在正气压(例如，风或通风)的情况下移动，该正气压可自然发生或人为发生(通过人工通风)。随着反射幕100的移动，反射幕100相对于光源、地面806和植物104的表面角度改变，并且这些角度的改变改变了光被反射幕100的内表面814散射的方向。因此，与刚性表面相比，柔性反射幕100可在更多植物104上产生更有效的光分布(例如，更均匀的分布)。
100.图9示出了根据实施例的光源102(可以是如图8所示的光源102b或光源102c)如何安装在反射幕100上的示例。光源102可以使用包括但不限于胶水、胶带、接合和黏附在内的任何合适方式连接或以其他方式耦合到反射幕100的内表面814。如图所示，反射幕100具有开口900，该开口900为位于反射幕100的外表面816上的导电迹线阵列902提供路径，以通过反射幕100到达内表面814上的光源102。因此，导电迹线阵列902可以保持在外壳812的外部，因此远离可能在反射幕100的内表面814上形成的水蒸气和冷凝。在一些示例中，可使用非导电聚合物或其他保护层覆盖导电迹线阵列902，在这种情况下，导电迹线阵列902可位于内表面814上，因此不再需要反射幕100中的开口900。导电迹线阵列902使得光源102能够接收激活所需的能量，并且在一些示例中还能够在光源102失活或未能激活时向电源802发送信号，电源802可以连接到诸如计算机之类的处理单元。
101.在一些示例中，附接到反射幕100的导电电路和led可以包括以下内容。反射幕材料(如eptfe)可根据上述任何示例，使用1995年3月10日授予bacino的美国专利5476589中教导的工艺制造。材料可以是膜的形式。掩模可应用于该膜以在双导电迹线图面中精确地应用金属油墨(其可包括例如铜、铝、青铜、锌或任何其他导电金属合金)。双导电迹线图面可以通过使迹线图面定义从能量源到能量接收器的导电路径以及从能量接收器返回到能量源的另一导电路径来定义。可从马萨诸塞州韦勒姆(wareham)的ercon公司处获得合适的油墨，并可使用多种方法(例如丝网印刷技术)施用。膜、掩模和油墨可以固化或干燥(例如，在65℃的空气对流烘箱中)。干燥后，可移除掩模，并将led连接至导电迹线(例如，以大约50mm的增量)。用于迹线的相同墨水可用于连接led。例如，可从加利福尼亚州森尼维尔的
luminus devices公司处获取合适的led，包括出售的零件号为1214
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nd的led。然后，通过将led和迹线施加到膜上而形成的结构可以以与先前描述的类似的方式进行干燥。
102.在一些示例中，可使用合适的方法(例如，标准热压机，例如用于将图案和设计压在t恤上的热压机，设置为130℃)，将聚氨酯粘合剂涂覆在一个膜层上，然后转移到另一个膜层上(例如，与形成迹线的膜层类型相同)。可在每个led的位置涂抹硅酮粘合剂(例如，p/n med 1137，可从加利福尼亚州nu
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sil corporation of carpenteria获得)。硅酮粘合剂可在使用庚烷(或任何其他合适的溶剂)涂覆之前稀释，并使用注射器或任何其他合适的输送构造涂覆。该注射器可用于将聚氨酯粘合剂和/或庚烷滴涂到表面上，以在薄膜表面上形成聚氨酯粘合剂和硅酮粘合剂的“点”。带有聚氨酯粘合点的eptfe膜可放置在eptfe膜和电路结构(包括迹线)上，以使聚氨酯粘合点朝向led。然后，可粘合整个结构(例如，再次将两个板材放置在热压机中，通过使聚氨酯粘合剂在两者之间重新流动30秒，使两个板材熔合在一起)。
103.在各种示例中，在硅酮中使用庚烷可有助于润湿(多个)led位置处的eptfe膜，从而净化材料(即，使材料更透光)，以允许光通过反射幕材料。在上述组件中，整个led电路可以夹在柔软、薄、贴合和反射性的eptfe膜中，同时为导电迹线提供绝缘。每个led可位于eptfe膜被硅酮和庚烷润湿的位置，使得eptfe膜的润湿位置比未被硅酮和庚烷润湿的其余eptfe膜更透明。在一些示例中，可通过表面张力或使用形式或工具来修改硅酮液滴，以将硅酮层改变为led位置处的透镜，从而改变从led引导光子能量的角度。
104.提供led耦合的前述示例仅用于说明目的，还构想了向反射幕100提供导电迹线阵列、将光源(例如，led)耦合到反射幕100的各种机制中的任何一种，以及在光源处通过反射幕100的选择性光透射。
105.除了室内农业，反射幕100也可用于室外环境。例如，温室需要一层薄膜覆盖外部结构，以保护内部植物免受外部因素的影响。外部结构可以是各种形状，例如炮手连接、独立式半圆拱形活动房屋和单山墙结构等等。可以使用不同数量的侧壁和天花板部分来形成各种温室结构配置。使用反射幕作为建筑织物，诸如形成温室屋顶或侧壁的eptfe建筑织物，可以增加温室建筑的优势，因为可以调整反射幕以操纵可通过形成温室的织物的uv波长。此外，在eptfe建筑织物的示例中，织物是uv稳定的，并且在暴露于uv线下不会随时间降解。eptfe建筑织物除了具有反射率外，还具有高耐久性和透气性，并且织物还可以防风、防水和阻燃。在温室中使用eptfe织物和/或膜可以实现这一点以及其他或替代优势和好处。
106.在室内农业领域之外，反射幕可用于在清洁环境中需要高效照明的任何科学领域。一些示例包括但不限于：医疗设备设施、电子制造设施和制药设施。在这些设施中，使用反射膜反射光可以节省大量能源，特别是如果这些设施较大且比较小的设施需要更多的光。因此，在相同瓦数下可以获得更多的光，或者在较小瓦数下可以获得相同数量的光。此外，由于许多此类设施使用洁净室，必须将外部污染物的数量保持在最低水平，因此反射幕的孔隙率和透气性非常重要，因为需要将灰尘或颗粒从需要保持清洁的产品通过持续通风吹走。将空气或其他气体吹过反射幕也有助于保持外壳内部清洁，无需拆下反射幕即可。在一个示例中，幕是自清洁反射物，因为幕耦合到加压空气源，例如，可编程电动鼓风机，可操作地与幕相关联，使得空气源通过幕输送加压空气以预定间隔清洁外壳。在另一个示例中，空气源可不断地将空气吹过幕，以始终保持外壳清洁。
107.此外，由反射膜制成的反射幕也可用于新兴的太空农业领域，在该领域进行研究，以了解如何在太空或外星位置种植作物以获取食物和其他材料。地外位置可包括空间站或空间殖民地，或远离地球的遥远行星(如火星)或卫星(如月球)的表面。这一领域的研究人员面临的挑战之一是，在这种环境中提供给作物的阳光量可能比地球上现有的要少得多。考虑到必须用于其他维持生命目的的能源(诸如向环境中提供水和空气)有限，这种环境中的农民不能依靠人工照明来提供作物生长所需的所有光线。光照不足导致光合作用发生受限，从而导致可供种植的作物减少或作物生物量减少。为了获得完全可持续的作物光源，反射膜可用于收集尽可能多的可用光(自然光和人工光)，并以最大限度地提高作物接收光量的方式反射光。
108.除了膜的反射率外，还可以根据需要调整其中孔隙的大小。例如，在农业环境中，当考虑膜的孔隙率时，使膜对空气、水蒸气和二氧化碳具有渗透性可能是一个重要因素。在一些示例中，孔的大小可能足够小，以允许空气进入，但防止水蒸气通过膜以保持干燥环境，这对于专门从事微加工或纳米制造的设施可能特别重要，即使是少量的水污染也会导致微型设备短路等问题。可调整膜孔，使其在1013.25mbar的标准大气压或其周围选择性地渗透某些物质。这些膜保持可渗透性的典型大气压力范围为约980mbar至约1040mbar。
109.此外，光衰减随着时间的推移会影响人类的个性，许多建筑师现在考虑更多的户外光进入他们设计的结构。从历史上看，自然光只能在“视线”允许的范围内穿透建筑物，因此有些区域没有接收到任何自然光。因此，本发明所公开的反射幕可帮助光穿透并饱和通常看不到自然光的住宅区域，防止与光剥夺相关的负面影响。
110.以上已经概括地和关于具体实施例地描述了本发明的概念。对本领域技术人员来说显而易见的是，可在不背离本公开的范围的情况下，可以在实施例中进行各种修改和变化。因此，本公开旨在使实施例涵盖本发明的多种修改和变化，只要这些修改和变化在所附权利要求书及其等效方案的范围内。