光合隔热阳光板及其制备方法与流程

本发明属于光功能新材料技术领域，具体来说涉及一种光合隔热阳光板及其制备方法。

背景技术：

植物生长需要阳光，光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一。科学家发现，太阳光中波长范围400纳米至500纳米的蓝光和波长范围620纳米至680纳米的红光对植物生长具有较大的促进作用，根据爱默生效应，660nm的红光对植物光合作用的效率最大。因此，具有660nm宽带红光和蓝光所对应的光谱称之为光合有效光谱。而太阳光中的紫外光和绿光几乎对植物生长没有促进作用。此外，植物光合作用对红光和蓝光的比例要求也有要求，研究显示红光和蓝光的比例为8:1～10:1时植物光合作用的速率最大。而太阳光中的红光和蓝光的比值接近于1，红光比例相对不足。基于植物生长的光合特性，研究者开发了系列光功能材料用于植物温室大棚以期提高植物的生长速率从而提高农作物的产量。

例如，申请号是CN 201510916840.7的中国发明专利公开了一种转光农膜，将氮化物红色转光剂分散在农膜中，所制得的农膜能有效地将太阳光中的紫光和黄绿光部分转化为红橙光，与植物光合作用所需光谱匹配性较好，可极大地促进植物光合作用，同时还提高了植物吸收的光照强度。但农膜并未提及红蓝光成份的比例变化请求，此外农膜还存在使用寿命短(基本上是一次性使用)、不能抗冰雹、积雪、风暴自然灾害等。申请号CN201310181611.6的中国发明专利公开了一种太阳光型光合转光玻璃平面光源，在玻璃的压花面上沉积有10微米至80微米厚度的稀土发光材料薄膜，在蓝光和绿光辐照下产生植物生长所需要的660nm米的红光。这种转光玻璃有效克服了农膜使用寿命短的问题，使用时间可以长达20年，但价格成本太高。

目前，可替代农膜和玻璃的阳光板已经广泛应用于植物温室大棚，其使用寿命长于农膜，成本价格低于玻璃。申请号CN201510721183.0的中国发明专利公开了一种农业温室专用阳光板，太阳光中的紫外线和绿光可以被阳光板吸收转换，释放出对植物生长有利的蓝光和红光，使温室内的蓝色和红色光谱成分增加，提高了光能利用率。然而，该专利没有对所使用的转光剂做出明确的说明，因此所述红光的具体波长不清楚，不能确定是否是植物所需要的660nm特征光合有效辐射。同时，该专利是同时增加蓝色和红色光谱成分，并没有提高红蓝光的比值。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光合隔热阳光板，该光合隔热阳光板可将太阳光中的紫外光、蓝绿光转换成660nm红光，发射本发明的另一目的是提供一种光合隔热阳光板的制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种光合隔热阳光板，由聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和红外阻隔剂制成，其中，所述聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和红外阻隔剂质量份的比为(90-95.5)：(0.2-0.8)：(1-2)：(1-3)，所述红外阻隔剂为锌掺杂的ATO纳米粉，所述ATO纳米粉的分子式为(Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x)O₂，0.05≤x≤0.2。

在上述技术方案中，所述聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和红外阻隔剂质量份的比为(92-94)：(0.4-0.6)：(1.5-1.8)：(1.5-2.5)。

在上述技术方案中，所述660nm特征光合有效辐射转光剂的粒径为3～5um。

在上述技术方案中，所述660nm特征光合有效辐射转光剂发射光谱中660nm发射峰的半高宽≥80nm。

在上述技术方案中，所述660nm特征光合有效辐射转光剂为CaS：Eu²⁺，CaAlSiN₃：Eu²⁺或Sr₂Si₅N₈：Eu²⁺。

在上述技术方案中，所述ATO纳米粉的粒径为3～10nm。

上述光合隔热阳光板的制备方法，包括以下步骤：

1)按照分子式(Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x)O₂的配比，0.05≤x≤0.2的化学计量比，将SnCl₄、SbCl₃和Zn(Ac)₂分别均匀分布在无水乙醇中，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小时，得到溶胶；

3)调节步骤2)中所得溶胶的pH至7～8，在微波条件下，于150～200℃反应0.75～2小时；

4)将步骤3)所得溶胶进行洗涤、离心和干燥，得到锌掺杂的ATO纳米粉；

5)将聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和锌掺杂的ATO纳米粉均匀混合后，于220～230℃条件下挤出，得到聚碳酸酯母粒；

6)将所述聚碳酸酯母粒经真空输送机送至螺杆挤出机组，通过螺杆挤出机组加热至285～290℃，并经模具定型，将定型后的阳光板放入160～180℃的退火炉中退火至少20分钟，再自然冷却至室温20～25℃，得到光合隔热阳光板。

在上述技术方案中，所述SnCl₄的物质的量与均匀分布该SnCl₄的无水乙醇的体积的比为(1-3)：5；所述SbCl₃的物质的量与均匀分布该SbCl₃的无水乙醇的体积的比为1：(9-11)；所述Zn(Ac)₂的物质的量与均匀分布该Zn(Ac)₂的无水乙醇的体积的比为1：(48-52)，所述物质的量的单位为mmol，所述体积的单位为mL。

在上述技术方案中，在步骤3中，通过滴加氨水调节步骤2中所得溶胶的pH至7～8。

相比于现有技术，本发明的光合隔热阳光板将太阳光中的紫外光、蓝绿光转换成660nm红光，刚好与植物光合作用的光合有效吸收光谱相匹配，有效提高了植物对太阳光的利用率；同时光合隔热阳光板还可以将太阳光中的红外线辐射有效吸收，达到保温隔热的目的，可应用于农业大棚、温室种植、阳光房等场合，能达到增产增质的效果。

附图说明

图1为本发明的光合隔热阳光板和普通阳光板的太阳光谱对比图。

具体实施方式

在本发明的具体实施方式中，SnCl₄·5H₂O(AR)、SbCl₃(AR)、Zn(Ac)₂(AR)(乙酸锌，二水)和无水乙醇(99.5％)均购买自阿拉丁试剂(上海)有限公司。在本发明的具体实施方式中，微波水热反应装置的型号为密闭式高通量微波消解/萃取工作站(MDS-15)，生产厂家为上海新仪微波化学科技有限公司。抗氧剂为抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)，增白剂为十二烷基硫酸钠(购买自国药集团化学试剂有限公司，货号：u1614363，用于实施例1)、NP-40(乙基苯基聚乙二醇，购买自碧云天，产品编号：ST366，用于实施例2、3)或OP-40。聚碳酸酯购买自湖北巨胜科技有限公司，熔点为220～230℃。

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

一种光合隔热阳光板的制备方法，包括以下步骤：

1)在三个烧杯中按化学计量比Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x(x＝0.06)分别加入SnCl₄·5H₂O、SbCl₃和Zn(Ac)₂·2H₂O,再向每个烧杯中加入无水乙醇使三种原料充分溶解(均匀分布)在无水乙醇中，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的物质的量与均匀分布该SnCl₄的无水乙醇的体积的比为2：5；SbCl₃的物质的量与均匀分布该SbCl₃的无水乙醇的体积的比为1：10；Zn(Ac)₂的物质的量与均匀分布该Zn(Ac)₂的无水乙醇的体积的比为1：50，物质的量的单位为mmol，体积的单位为mL。

2)将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小时，得到溶胶；

3)向溶胶中逐滴加入氨水，以调节步骤2中所得溶胶的pH至7，将得到的溶胶转移至微波水热反应釜中，在微波条件下，微波水热温度设定为160℃，反应时间1小时。

4)将步骤3)所得反应后的溶胶多次洗涤、离心和干燥，干燥温度为60度，制得锌掺杂的ATO纳米粉，经测试其粒径的均值为5纳米。

5)将聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和锌掺杂的ATO纳米粉均匀混合后(搅拌30分钟)，于220℃条件下挤出，得到聚碳酸酯母粒；聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和红外阻隔剂质量份的比为94：0.4：1.8：1，660nm特征光合有效辐射转光剂为CaS：Eu²⁺，660nm特征光合有效辐射转光剂的粒径均值为4um。

6)将聚碳酸酯母粒经真空输送机送至螺杆挤出机组，通过螺杆挤出机组加热至285℃，并经模具定型，将定型后的阳光板放入180℃的退火炉中退火60分钟，自然冷却至室温20～25℃，得到光合隔热阳光板。

实施例2

一种光合隔热阳光板的制备方法，包括以下步骤：

1)在三个烧杯中按化学计量比Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x(x＝0.1)分别加入SnCl₄·5H₂O、SbCl₃和Zn(Ac)₂·2H₂O,再向每个烧杯中加入无水乙醇使三种原料充分溶解(均匀分布)在无水乙醇中，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的物质的量与均匀分布该SnCl₄的无水乙醇的体积的比为2：5；SbCl₃的物质的量与均匀分布该SbCl₃的无水乙醇的体积的比为1：10；Zn(Ac)₂的物质的量与均匀分布该Zn(Ac)₂的无水乙醇的体积的比为1：50，物质的量的单位为mmol，体积的单位为mL。

2)将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小时，得到溶胶；

3)向溶胶中逐滴加入氨水，以调节步骤2中所得溶胶的pH至7，将得到的溶胶转移至微波水热反应釜中，在微波条件下，微波水热温度设定为160℃，反应时间1小时。

4)将步骤3)所得反应后的溶胶多次洗涤、离心和干燥，干燥温度为60度，制得锌掺杂的ATO纳米粉，经测试其粒径的均值为5纳米。

5)将聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和锌掺杂的ATO纳米粉均匀混合后，于220℃条件下挤出，得到聚碳酸酯母粒；聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和红外阻隔剂质量份的比为93：0.5：1.7：2.5，660nm特征光合有效辐射转光剂为CaAlSiN₃：Eu²⁺，660nm特征光合有效辐射转光剂的粒径均值为5um。CaAlSiN₃：Eu²⁺发射出峰值波长是660nm的光合特征辐射，半高宽为85nm。

6)将聚碳酸酯母粒经真空输送机送至螺杆挤出机组，通过螺杆挤出机组加热至285℃，并经模具定型，将定型后的阳光板放入180℃的退火炉中退火30分钟，自然冷却至室温20～25℃，得到光合隔热阳光板。所得到的光合隔热阳光板和不添加660nm光合有效辐射转光剂的普通阳光板的太阳光谱图如图1所示。从图中可以看出，相比于普通阳光板，实施例2得到的光合隔热阳光板的太阳光光谱中紫外光和蓝光部分强度降低，而在660nm附近的红光部分增强。由于光合隔热阳光板中的660nm特征光合有效辐射转光剂吸收了紫外线和部分蓝光，并转换成了对植物光合作用有用的660nm红光，有效提高了光能利用率并提供了红蓝光比例，可应用于农业大棚、温室种植、阳光房等场合，达到增产增质的效果。

实施例3

一种光合隔热阳光板的制备方法，包括以下步骤：

1)在三个烧杯中按化学计量比Zn_xSb_0.1Sn_0.9-x(x＝0.15)分别加入SnCl₄·5H₂O、SbCl₃和Zn(Ac)₂·2H₂O,再向每个烧杯中加入无水乙醇使三种原料充分溶解(均匀分布)在无水乙醇中，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的物质的量与均匀分布该SnCl₄的无水乙醇的体积的比为2：5；SbCl₃的物质的量与均匀分布该SbCl₃的无水乙醇的体积的比为1：10；Zn(Ac)₂的物质的量与均匀分布该Zn(Ac)₂的无水乙醇的体积的比为1：50，物质的量的单位为mmol，体积的单位为mL。

2)将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小时，得到溶胶；

3)向溶胶中逐滴加入氨水，以调节步骤2中所得溶胶的pH至7，将得到的溶胶转移至微波水热反应釜中，在微波条件下，微波水热温度设定为160℃，反应时间1小时。

4)将步骤3)所得反应后的溶胶多次洗涤、离心和干燥，干燥温度为60度，制得锌掺杂的ATO纳米粉，经测试其粒径的均值为5纳米。

5)将聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和锌掺杂的ATO纳米粉均匀混合后，于225℃条件下挤出，得到聚碳酸酯母粒；聚碳酸酯、抗氧剂、增白剂、660nm特征光合有效辐射转光剂和红外阻隔剂质量份的比为92：0.6：1.5：2，660nm特征光合有效辐射转光剂为Sr₂Si₅N₈：Eu²⁺，660nm特征光合有效辐射转光剂的粒径均值为3um。

6)将聚碳酸酯母粒经真空输送机送至螺杆挤出机组，通过螺杆挤出机组加热至285℃，并经模具定型，将定型后的阳光板放入180℃的退火炉中退火40分钟，自然冷却至室温20～25℃，得到光合隔热阳光板。光合隔热阳光板具有660nm红光转光特性及阻隔红外光特性，由660nm特征光合有效辐射转光剂和红外阻隔剂均匀分布在聚碳酸酯阳光板中制得。该光合隔热阳光板可以将太阳光中的紫外光、蓝绿光转换成660nm的特征光合有效辐射红光，不仅可以将植物不能吸收利用的紫外光转换成660nm特征光合有效辐射红光，还可以将部分蓝绿光转换成660nm特征光合有效辐射红光，从而提高红蓝光比例。同时，红外阻隔剂可以有效吸收太阳光谱中的红外线辐射，具有保温隔热的效果。

表1为普通阳光板和本发明的光合隔热阳光板(两者厚度相同)的红外线透过率数据对比(红外线透过率由LS182太阳膜测试仪测得)，从表中可以看出所得到的光合隔热阳光板中由于存在红外阻隔剂，红外线的透过率明显降低。

表1普通阳光板和光合隔热阳光板的红外线透过率对比

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。