專利名稱：農(nóng)用雙能轉(zhuǎn)光玻璃及其制造方法和應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，是關(guān)于把太陽光中的紫外光和綠光同時轉(zhuǎn)換成具有可有效促進植物生長的藍光和紅光的農(nóng)用雙能轉(zhuǎn)光玻璃及其制造方法和應(yīng)用方法。
基于葉綠素(chla，chlb)對藍光和紅光有較強的吸收而對紫外光和綠光吸收很少這一普遍規(guī)律，能吸收紫外光發(fā)射藍光(或紅光)和吸收綠光發(fā)射紅光的一些發(fā)光材料已用于改善作物光照條件。農(nóng)田實驗證明利用發(fā)光材料的轉(zhuǎn)光性能改善作物光照條件即能增加對植物的藍光或紅光照射程度，使農(nóng)作物根系發(fā)達，莖葉茂盛，增產(chǎn)增收和品質(zhì)優(yōu)越。
CN1105040A，CN1122814A，CN1132219A均記載了稀土銪有機配合物在農(nóng)用薄膜中的應(yīng)用，該發(fā)明是利用銪有機配合物將近紫外光轉(zhuǎn)換成橙紅光。可是，該發(fā)明只是把紅光作為植物栽培上的有效光，而沒有考慮到藍光對植物的有效性，因此沒有充分發(fā)揮吸收藍色光的葉綠素a、b、胡蘿卜素類的作用。
CN1072945A記載了一類熒光色素作為轉(zhuǎn)光劑在農(nóng)用薄膜中的應(yīng)用，該發(fā)明是通過兩種熒光色素分別將近紫外光和綠光轉(zhuǎn)換成藍光和紅光。其特征是含有最大吸收在350—450nm、優(yōu)選在370—430nm，最大發(fā)光在380—520nm、優(yōu)選在400—460nm的熒光色素(A)和最大吸收在460—580nm、優(yōu)選在480—550nm，最大發(fā)光在540—800nm，最大發(fā)射在570—700nm的熒光色素(B)，并且(A)的發(fā)光光譜和(B)的吸收光譜部分重疊。該發(fā)明是通過兩種轉(zhuǎn)光材料來實現(xiàn)同時將近紫外光和綠光轉(zhuǎn)換成藍光和紅光。
以上所提到的專利都是粉末發(fā)光材料以及添加了這些粉末發(fā)光材料的有機高分子薄膜。由于有機配合物的熒光衰減很快而無機發(fā)光材料的后加工性能較差，加之農(nóng)膜易造成白色污染，所以稀土無機粉末發(fā)光材料和有機配合物發(fā)光材料在農(nóng)用轉(zhuǎn)光材料方面的應(yīng)用受到了限制。
基于現(xiàn)代化的溫室大棚大多數(shù)是用玻璃材料建造的，我們認為進一步研究具有日光轉(zhuǎn)換功能的玻璃是很有必要的.用轉(zhuǎn)光玻璃栽培作物，充分利用太陽能，減少以至最終取消化學(xué)肥料和農(nóng)藥的使用，真正實現(xiàn)高效生態(tài)農(nóng)業(yè)，發(fā)展綠色食品。
本發(fā)明的目的是要提供一種能將近紫外光一部分轉(zhuǎn)換成藍色光，另一部分轉(zhuǎn)換成紅光，同時將綠光轉(zhuǎn)換成紅光的單基雙能轉(zhuǎn)光玻璃。本發(fā)明所述的“雙能轉(zhuǎn)光玻璃”是指具有將紫外光和綠光同時轉(zhuǎn)換成藍光和紅光功能的玻璃態(tài)物質(zhì)，其結(jié)果是照射在本發(fā)明玻璃上的太陽光透過后，近紫外光和綠光減少，而藍光和紅光增加。
本發(fā)明的目的是用以下方式來實現(xiàn)的。該雙能轉(zhuǎn)光玻璃以硼酸鹽為基質(zhì)、稀土離子Eu2+和Eu3+為共激活劑，其它稀土離子為敏化劑，其組成通式是aMO·bR2O·cRE2O3·dB2O3·eAl2O3·fSiO2·x Eu2O3其中M＝Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Zn2+R＝Li+，Na+，K+，Rb+，Cs+RE＝Y(jié)，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu中的一種或兩種2.0≤a≤8.0，2.0≤b≤8.0，0.0≤c≤8.02.0≤d≤9.0，0.0≤e≤5.0，0.0≤f≤5.01×10-4≤x≤1.0雙能轉(zhuǎn)光玻璃，其最大激發(fā)波長在300—400nm和480-580nm，最大發(fā)射波長在400—470nm和590—750nm區(qū)域。即雙能是指一種化合物同時吸收紫外光和綠光并且同時發(fā)射藍光和紅光。本發(fā)明中，其光轉(zhuǎn)換機理是通過稀土離子在硼酸鹽的發(fā)光與敏化作用將近紫外光一部分轉(zhuǎn)換成藍色光，另一部分轉(zhuǎn)換成紅光，同時將綠光轉(zhuǎn)換成紅光。雙能轉(zhuǎn)光玻璃所用的硼酸鹽可以是硼硅酸鹽或硼鋁酸鹽。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)光玻璃可以直接制造成各種形式的玻璃，用于建造各種類型的農(nóng)用設(shè)施(如轉(zhuǎn)光玻璃溫室大棚)。
通過調(diào)節(jié)aMO·bR2O·cRE2O3·dB2O3·eAl2O3·fSiO2·xEu2O3中陽離子的種類與含量和激活劑離子的含量調(diào)控轉(zhuǎn)光玻璃的激發(fā)光譜與植物的反射光譜的匹配性，轉(zhuǎn)光玻璃的發(fā)射光譜與植物的吸收光譜的匹配性。雙能轉(zhuǎn)光玻璃的斯托克斯位移(最大發(fā)光波長和最大吸收波長之差)如果不大到某種程度，就會降低轉(zhuǎn)換成對植物生長波長的有效性，因此，本發(fā)明的斯托克斯偏移至少為20nm。
本發(fā)明雙能轉(zhuǎn)光玻璃的制造方法是(1)按照在雙能轉(zhuǎn)光玻璃通式中的組成aMO·bR2O·cRE2O3·dB2O3·eAl2O3·fSiO2·xEu2O3計算出Li+，Na+，K+，Rb+，Cs+和Zn2+，Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+的碳酸鹽與稀土氧化物、Al2O3和SiO2的重量；(2)將上述原料混合均勻后，采用高溫熔融一步合成雙能轉(zhuǎn)光玻璃，熔融溫度為780—1500℃，澄清時間為1—3小時，(3)成型，(4)退火處理。
以下是本發(fā)明雙能轉(zhuǎn)光玻璃合成的非限定實施例實例1雙能轉(zhuǎn)光玻璃(A)按化學(xué)計量比7La2O320BaO 90B2O33Eu2O3稱取BaCO33.95重量份，Eu2O31.056重量份，La2O32.28重量份，H3BO311.46重量份。配料磨勻后裝入石英坩鍋或剛玉坩鍋中，坩鍋放在高溫爐如坩鍋窯中，在1200℃下熔融2h。取出后澆注在模具中成型。500℃下慢慢退火.將獲得的玻璃拋光得到玻璃樣品。
雙能轉(zhuǎn)光玻璃(A)的特征激發(fā)光譜和發(fā)射光譜如圖1-1、1-2所示。圖1-1、1-2表明雙能轉(zhuǎn)光玻璃(A)能將近紫外光和綠光同時轉(zhuǎn)換成藍光和紅光。
實例2雙能轉(zhuǎn)光玻璃(B)按化學(xué)計量比20K2O 9.4La2O390B2O30.5Eu2O30.1Gd2O3稱取K2CO32.12重量份，Eu2O30.176重量份，La2O33.06重量份，H3BO311.46重量份，Gd2O30.0363。配料磨勻后裝入石英坩鍋或剛玉坩鍋中，在1100℃下熔融3小時。取出后澆注在模具中成型。500℃下慢慢退火，將獲得的玻璃拋光得到玻璃樣品。
雙能轉(zhuǎn)光玻璃(B)的特征發(fā)射光譜如圖2-1所示。圖2-1表明雙能轉(zhuǎn)光玻璃(B)能將近紫外光轉(zhuǎn)換成藍光和紅光。
實例3雙能轉(zhuǎn)光玻璃(C)按化學(xué)計量比2Li2O 1.8CaO 0.9La2O39B2O30.1Eu2O3稱取CaCO31.8重量份，Eu2O30.352重量份，Li2CO30.212重量份，La2O32.93重量份，H3BO311.46重量份，(或各物質(zhì)按此比例配取原料)。配料磨勻后裝入石英坩鍋或剛玉坩鍋中，在1100下熔融2小時。取出后澆注在模具中成型。500℃下慢慢退火。將獲得的玻璃拋光得到玻璃樣品。
雙能轉(zhuǎn)光玻璃(C)的特征發(fā)射光譜如圖3-1、3-2所示。圖3-1、3-2表明雙能轉(zhuǎn)光玻璃(C)能將近紫外光和綠光同時轉(zhuǎn)換成藍光和紅光。
實例4雙能轉(zhuǎn)光玻璃(D)按化學(xué)計量比10CaO 9B2O30.1Eu2O3稱取CaCO310重量份，Eu2O30.352重量份，H3BO311.46重量份，(或各物質(zhì)按此比例配取原料)。配料磨勻后裝入石英坩鍋或剛玉坩鍋中，在1025℃下熔融3小時。取出后澆注在模具中成型。500℃下慢慢退火。將獲得的玻璃拋光得到玻璃樣品。
雙能轉(zhuǎn)光玻璃(D)的特征發(fā)射光譜如圖4-1、4-2所示。圖4-1、4-2表明雙能轉(zhuǎn)光玻璃(D)能將近紫外光和綠光同時轉(zhuǎn)換成紅光。
實例5雙能轉(zhuǎn)光玻璃(E)具體合成步驟是按化學(xué)計量比2SrO La2O3SiO28B2O30.1Eu2O3稱取SrCO32.00重量份，Eu2O30.352重量份，La2O32.93重量份，SiO20.61重量份，H3BO310.19重量份(或各物質(zhì)按此比例配取原料)。配料磨勻后裝入石英坩鍋或剛玉坩鍋中，在1300℃下熔融2小時。取出后澆注在模具中成型。500℃下慢慢退火，將獲得的玻璃拋光得到玻璃樣品。
雙能轉(zhuǎn)光玻璃(E)的特征發(fā)射光譜如圖5-1、5-2所示。圖5-1、5-2表明雙能轉(zhuǎn)光玻璃(E)能將近紫外光和綠光同時轉(zhuǎn)換成藍光和紅光。
本發(fā)明雙能轉(zhuǎn)光玻璃可以用于制成各種功能的農(nóng)用制品可以將雙能轉(zhuǎn)光玻璃研磨成雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉(325目以上)用于與塑料原料熔融制成各種功能的農(nóng)用塑料制品母料。農(nóng)用溫室轉(zhuǎn)光玻璃、雙能轉(zhuǎn)光母料、雙能轉(zhuǎn)光噴施液、雙能轉(zhuǎn)光組織培養(yǎng)盒及其它應(yīng)用于培育植物的材料。各種厚度雙能轉(zhuǎn)光玻璃板，用于替代溫室用普通采光板；雙能轉(zhuǎn)光噴施液，作為光功能助劑應(yīng)用于直接噴施于植物。
實例6雙能轉(zhuǎn)光噴施液將雙能轉(zhuǎn)光玻璃研磨成雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉(325目以上)。取1.0Kg雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉，5.0Kg聚丙烯酸樹脂，10.0Kg乙醇，984Kg水，先將聚丙烯酸樹脂在乙醇中充分溶解，加入轉(zhuǎn)光玻璃，充分攪拌，再加水稀釋。將所配制的轉(zhuǎn)光玻璃噴施液可以作為光功能助劑用噴霧裝置直接噴灑在植物葉面上，可促進植物的光合作用。
實例7雙能轉(zhuǎn)光母料(I)將雙能轉(zhuǎn)光玻璃研磨成雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉(800目以上)。4Kg雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉(800目以上)，96Kg聚乙烯，混合、分散、熔融擠出成粒，即得雙能轉(zhuǎn)光母料。
實例8雙能轉(zhuǎn)光防霧母料(II)4Kg雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉(800目以上)，46Kg聚乙烯，10Kg去霧劑(FY—1或FY—2)，10Kg流滴劑(622)，5Kg光穩(wěn)定劑(Chmmassorb944LD)，25Kg保溫劑CaCO3，混合、分散、熔融擠出成粒，即得雙能轉(zhuǎn)光防霧母料(II)。若在其配料時再加入25Kg保溫劑CaCO3，混合、分散、熔融擠出成粒，即得具有轉(zhuǎn)光、防霧、保溫功能的多功能母料(III)。
可以將各種雙能轉(zhuǎn)光玻璃母料研磨成雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉(325目以上)用于制成各種功能的農(nóng)用塑料制品雙能轉(zhuǎn)光母料按轉(zhuǎn)光玻璃粉有效濃度的0.1—1.5％(重量百分比)添加到高分子樹脂中應(yīng)用于制造轉(zhuǎn)光農(nóng)膜、農(nóng)用溫室轉(zhuǎn)光板及其它應(yīng)用于培育植物的材料。雙能轉(zhuǎn)光玻璃及其各種制品用于溫室園藝中，至少具有下列功能中的一種增溫調(diào)溫低溫季節(jié)能增加棚內(nèi)溫度，防止作物凍傷，高溫季節(jié)可使棚內(nèi)溫度降低，防止作物燒傷。
優(yōu)質(zhì)早熟能使作物成熟提早，品質(zhì)優(yōu)化。
增產(chǎn)增收能使作物單產(chǎn)量增加，收入增加。結(jié)論
1.本發(fā)明所指的雙能轉(zhuǎn)光玻璃是一類稀土硼酸鹽發(fā)光材料。
2.本發(fā)明所指的雙能轉(zhuǎn)光玻璃化學(xué)組成的主要特點是一種硼酸鹽為基質(zhì)、稀土離子Eu2+和Eu3+為共激活劑。
3.本發(fā)明所指的雙能轉(zhuǎn)光玻璃激發(fā)光譜的主要特點是在紫外區(qū)和綠光區(qū)均有激發(fā)帶。即雙能轉(zhuǎn)光玻璃可以同時被紫外光和綠光激發(fā)。
4.本發(fā)明所指的雙能轉(zhuǎn)光玻璃發(fā)射光譜的主要特點是在藍光區(qū)和紅光區(qū)均有發(fā)射帶。即雙能轉(zhuǎn)光玻璃同時發(fā)射藍光和紅光。
5.本發(fā)明的雙能轉(zhuǎn)光玻璃，可以將太陽光及植物工場等使用的人工光源的光譜中的近紫外光和綠光轉(zhuǎn)換成對植物生長有效的藍光和橙-紅光。
6.本發(fā)明雙能轉(zhuǎn)光玻璃可以將光合作用效率低的以300—390nm的紫外光轉(zhuǎn)換成以430nm為中心的藍光和616nm為中心的紅光。
7.本發(fā)明雙能轉(zhuǎn)光玻璃可以將光合作用效率低的以532nm為中心的綠色光轉(zhuǎn)換成以616nm為中心的紅光。
8.由本發(fā)明的雙能轉(zhuǎn)光玻璃加工而成的農(nóng)用制品特別適用于低溫寡照地區(qū)栽培作物。
9.由本發(fā)明的雙能稀土轉(zhuǎn)光玻璃加工而成的農(nóng)用制品能使作物成熟期提早，品質(zhì)優(yōu)化。
10.由本發(fā)明的雙能轉(zhuǎn)光玻璃加工而成的農(nóng)用制品可以使農(nóng)作物增產(chǎn)增收。
11.本發(fā)明也可用于建筑材料、工藝美術(shù)等領(lǐng)域。


圖1本發(fā)明轉(zhuǎn)光玻璃(A、B、C、D、E)的激發(fā)光譜圖其中a曲線為Em＝615nm b曲線為Em＝430nm圖2本發(fā)明轉(zhuǎn)光玻璃(A)的發(fā)射光譜圖其中a曲線為Ex＝357nm b曲線為Ex＝393nm c曲線為Ex＝532nm圖3本發(fā)明轉(zhuǎn)光玻璃(B)的發(fā)射光譜圖其中a曲線為Ex＝393nm b曲線為Ex＝532nm圖4本發(fā)明轉(zhuǎn)光玻璃(C)的發(fā)射光譜圖其中a曲線為Ex＝393nm b曲線為Ex＝532nm圖5本發(fā)明轉(zhuǎn)光玻璃(D)的發(fā)射光譜圖其中a曲線為Ex＝393nm b曲線為Ex＝532nm圖6本發(fā)明轉(zhuǎn)光玻璃(E)的發(fā)射光譜圖其中a曲線為Ex＝393nm b曲線為Ex＝532nm
權(quán)利要求
1.一種雙能轉(zhuǎn)光玻璃，其特征在于是以硼酸鹽為基質(zhì)、稀土離子Eu2+和Eu3+為共激活劑，其它金屬離子為敏化劑，其組成通式是aMO·bR2O·cRE2O3·dB2O3·e Al2O3·fSiO2·xEu2O3其中M＝Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Zn2+R＝Li+，Na+，K+，Rb+，Cs+RE＝Y(jié)，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu中的一種或兩種2.0≤a≤8.0，2.0≤b≤8.0，0.0≤c≤8.02.0≤d≤9.0，0.0≤e≤5.0，0.0≤f≤5.01×10-4≤y≤1.0雙能轉(zhuǎn)光玻璃，其最大激發(fā)波長在300—400nm和480--580nm，最大發(fā)射波長在410--470nm和590—750nm區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙能轉(zhuǎn)光玻璃，其特征在于硼酸鹽可以是硼硅酸鹽或硼鋁酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙能轉(zhuǎn)光玻璃，其特征在于雙能轉(zhuǎn)光玻璃的斯托克斯位移(最大發(fā)光波長和最大吸收波長之差)至少為20nm。
4.一種用于制造權(quán)利要求1所述的雙能轉(zhuǎn)光玻璃的方法，其特征在于(1)按照在雙能轉(zhuǎn)光玻璃通式中的組成aMO·bR2O·cRE2O3·dB2O3·e Al2O3·fSiO2·x Eu2O3計算出Li+，Na+，K+，Rb+，Cs+和Zn2+，Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+的碳酸鹽與稀土氧化物、Al2O3和SiO2的重量；(2)將上述原料混合均勻后，采用高溫熔融一步合成雙能轉(zhuǎn)光玻璃，熔融溫度為780—1500℃，熔融時間為1—3小時，(3)成型，(4)退火處理。
5.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的雙能轉(zhuǎn)光玻璃的方法，其特征在于可以將雙能轉(zhuǎn)光玻璃研磨成雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉(325目以上)用于與塑料原料熔融制成各種功能的農(nóng)用塑料制品母料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用雙能轉(zhuǎn)光玻璃的方法，其特征在于可以用于制成雙能轉(zhuǎn)光母料(I)、雙能轉(zhuǎn)光防霧母料(II)、具有轉(zhuǎn)光、防霧、保溫功能的多功能母料(III)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的應(yīng)用雙能轉(zhuǎn)光玻璃的方法，其特征在于可以將各種雙能轉(zhuǎn)光玻璃母料研磨成雙能轉(zhuǎn)光玻璃粉(325目以上)用于制成各種功能的農(nóng)用塑料制品雙能轉(zhuǎn)光母料按轉(zhuǎn)光玻璃粉有效濃度的0.1—1.5％(重量百分比)添加到高分子樹脂中應(yīng)用于制造轉(zhuǎn)光農(nóng)膜、農(nóng)用溫室轉(zhuǎn)光板及其它應(yīng)用于培育植物的材料。
8.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的雙能轉(zhuǎn)光玻璃的方法，其特征在于可以作為光功能助劑應(yīng)用于直接噴施于植物。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種雙能轉(zhuǎn)光玻璃及其制造方法和應(yīng)用方法。該轉(zhuǎn)光玻璃以硼酸鹽為基質(zhì)、Eu
文檔編號C03C3/095GK1332126SQ0111453
公開日2002年1月23日 申請日期2001年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者廉世勛, 石鵬途 申請人:湖南師范大學(xué)