本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,尤其涉及一種適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜及其制備方法。
背景技術(shù):
1、設(shè)施農(nóng)業(yè)是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要技術(shù),已經(jīng)在我國南北方大面積推廣,它可以提供穩(wěn)定的氣候條件,創(chuàng)造適合農(nóng)作物四季生長的優(yōu)良環(huán)境,使農(nóng)作物產(chǎn)量達(dá)到露天栽培產(chǎn)量的3.5倍。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前設(shè)施農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)占到我國種植業(yè)總產(chǎn)值的22%。為了能夠在光合作用的過程中更好的轉(zhuǎn)換和儲存能量,以量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜為代表的人工補(bǔ)光方式已經(jīng)成為保障設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(qiáng)度弱以及冷凝結(jié)霜降低棚膜透過率等問題,日光光譜中農(nóng)作物光合作用所需要的紅光(600nm–660nm)光譜強(qiáng)度遠(yuǎn)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(jié)時,由于晝夜溫差產(chǎn)生的冷凝水的水分子會滲透進(jìn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,在強(qiáng)日光照射下產(chǎn)生活化氧,破壞量子點(diǎn)的固有結(jié)構(gòu),導(dǎo)致量子點(diǎn)功能失效及轉(zhuǎn)光農(nóng)膜老化,會大幅度降低轉(zhuǎn)光農(nóng)膜使用壽命,導(dǎo)致農(nóng)作物生長速率減緩、產(chǎn)量降低,嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品的穩(wěn)定供應(yīng)。因此,亟需一種適合高寒及高濕地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)應(yīng)用的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的光致發(fā)熱及溫度調(diào)控,加快轉(zhuǎn)光農(nóng)膜表面冷凝水的蒸發(fā),延長轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的使用壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明為解決上述問題,提供一種適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜及其制備方法。
2、本發(fā)明目的在于提供一種適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,包括從上至下依次層疊設(shè)置的三個結(jié)構(gòu)功能層:第一納米粒子保護(hù)膜、量子點(diǎn)中間膜層和第二納米粒子保護(hù)膜;
3、所述量子點(diǎn)中間膜層由量子點(diǎn)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(hù)膜和所述第二納米粒子保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)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(yōu)選的,量子點(diǎn)材料包括鈣鈦礦量子點(diǎn),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(diǎn)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(yōu)選的,量子點(diǎn)材料與所述聚合物材料摻雜的質(zhì)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(zhì)量比為1:40~100。
6、優(yōu)選的,適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的厚度為1~2mm。
7、優(yōu)選的,由下述方法制備:
8、s1.采用熱注入法制備量子點(diǎn);
9、s2.采用化學(xué)還原法制備金屬納米粒子;
10、s3.制備量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中間層的母粒:將所述量子點(diǎn)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(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中間層的母粒;
11、s4.制備納米粒子保護(hù)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(hù)膜的母粒;
12、s5.將量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)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(xù)攪拌20~40min;攪拌均勻后得到中間層混合液,加入吹膜機(jī)料槽中等待吹膜;
13、s6.將納米粒子保護(hù)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(xù)攪拌40~60min;攪拌均勻后得到保護(hù)層混合液,加入吹膜機(jī)料槽中等待吹膜;
14、s7.設(shè)定所述吹膜機(jī)的模頭溫度為150~170℃、熔融溫度為175~185℃,吹膜機(jī)的中間噴頭吹所述中間層混合液,得到量子點(diǎn)中間膜層;吹膜機(jī)的兩側(cè)噴頭吹保護(hù)層混合液,得到第一納米粒子保護(hù)膜和第二納米粒子保護(hù)膜;最終得到三層膜結(jié)構(gòu)的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜。
15、優(yōu)選的,步驟s3和s4中擠出造粒的參數(shù)如下:加熱溫度150~200℃,擠出轉(zhuǎn)速為300~800r/min。
16、優(yōu)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(yīng)材料,配制檸檬酸鈉溶液作為還原劑;
18、s202.在轉(zhuǎn)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?yōu)槌燃t色;
19、s203.持續(xù)加熱,在激烈攪拌下回流8~15min;停止加熱、撤去熱源,繼續(xù)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(yōu)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(yōu)選的,量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)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(zhì)量比例為10:5:100:1;所述納米粒子保護(hù)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(zhì)量比例為8:4:120:1。
22、優(yōu)選的,步驟s1中的量子點(diǎn)為銅銦硫量子點(diǎn);所述銅銦硫量子點(diǎn)具有雙包殼層結(jié)構(gòu),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(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明能夠取得如下有益效果:
24、本發(fā)明制備的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,通過將金屬納米粒子膜作為保護(hù)層與量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜共同組成三層轉(zhuǎn)光膜結(jié)構(gòu),能夠有效地解決因晝夜溫差而產(chǎn)生的冷凝水的水分子滲透進(jìn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜并在強(qiáng)日光照射下產(chǎn)生活化氧從而導(dǎo)致量子點(diǎn)功能失效并使轉(zhuǎn)光農(nóng)膜老化的問題;
25、轉(zhuǎn)光農(nóng)膜中的金屬納米粒子通過光致發(fā)熱可以提升轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的表面溫度,以非輻射復(fù)合的形式將日光中的綠光吸收并轉(zhuǎn)換為熱能向外釋放,加快轉(zhuǎn)光農(nóng)膜表面冷凝水的蒸發(fā),延長轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的使用壽命,為高寒及高濕地區(qū)的設(shè)施農(nóng)業(yè)提供了一種新選擇;
26、量子點(diǎn)材料應(yīng)在紫外光、藍(lán)光和黃光波段有較強(qiáng)吸收,并且能夠高效地將其轉(zhuǎn)換到農(nóng)作物光合作用所需要的紅光波段。
1.適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,其特征在于:包括從上至下依次層疊設(shè)置的三個結(jié)構(gòu)功能層:第一納米粒子保護(hù)膜、量子點(diǎn)中間膜層和第二納米粒子保護(hù)膜;
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,其特征在于:所述量子點(diǎn)材料包括鈣鈦礦量子點(diǎn),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(diǎn)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(jù)權(quán)利要求2所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,其特征在于:所述量子點(diǎn)材料與所述聚合物材料摻雜的質(zhì)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(zhì)量比為1:40~100。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,其特征在于:所述適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的厚度為1~2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,其特征在于,由下述方法制備:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,其特征在于:所述步驟s3和s4中擠出造粒的參數(shù)如下:加熱溫度150~200℃,擠出轉(zhuǎn)速為300~800r/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)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(jù)權(quán)利要求7所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)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(jù)權(quán)利要求8所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,其特征在于:所述量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)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(zhì)量比例為10:5:100:1;所述納米粒子保護(hù)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(zhì)量比例為8:4:120:1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于高寒及高濕地區(qū)的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜,其特征在于:所述步驟s1中的量子點(diǎn)為銅銦硫量子點(diǎn);所述銅銦硫量子點(diǎn)具有雙包殼層結(jié)構(gòu),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。