技術領域：

本發(fā)明涉及一種光轉換塑料薄膜及其制備方法，以及它在促進植物生長領域的應用。

背景技術：
：

太陽光是植物生長的基本條件，當太陽光照射到植物葉片表面時，會被植物體內的葉綠素等色素吸收，利用光合作用將光能轉化為化學能并儲積在有機物中。植物的光合作用主要由葉綠素完成，但葉綠素對不同波長光的吸收能力不同。由于葉綠素對400～500nm的藍紫光和600～700nm的紅橙光具有較強的吸收能力，因此，藍紫光和紅橙光有利于促進植物的光合作用，而200～400nm的紫外光則促進植物枝干老化和病菌繁殖；而且，當光照強度較大時，植物具有較高的光合作用速率(參見非專利文獻1)。正是由于夏季晝長夜短、光照充足，才使得植物在夏天比冬天生長更快。因此，利用光能轉換技術有效增強光照中的藍光和紅光、減弱紫外光對科技農業(yè)發(fā)展具有重要意義。

“轉光膜”就是在生產普通大棚薄膜的原材料中通過添加“光轉換劑(或轉光劑)”從而實現(xiàn)光波轉換的大棚薄膜。當太陽光透過“轉光膜”時，其中的紫外線和黃綠光等被“光轉換劑”吸收、并轉換為對植物生長有利的藍光和紅光，使棚內的藍色和紅色光譜成分增強，提高太陽光能的利用率，從而實現(xiàn)增產增收的效果(參見非專利文獻2-3)。

目前的光轉換劑主要包括有機和無機兩大類(參見非專利文獻2-5)，其中有機光轉換劑主要是具有較好發(fā)光性能的染料類化合物和由有機配體與稀土元素絡合形成的有機金屬配合物，有機光轉換劑與棚膜原材料樹脂，一般具有較好的相容性，但其穩(wěn)定性通常較差，在長時間光照下容易氧化分解，產生較明顯的光衰減現(xiàn)象，而且轉光強度相對較低，因此應用范圍受到限制。無機光轉換劑多為稀土離子或重金屬離子摻雜的無機化合物，主要利用摻雜的稀土或金屬離子與無機化合物晶格的相互作用而發(fā)光；無機光轉換劑通常具有較高的轉光強度，例如發(fā)射655nm紅光的cas：eu²⁺光轉換劑在國內外已得到廣泛應用(參見非專利文獻5)，但無機光轉換劑通常存在重金屬離子或硫化物環(huán)境污染等問題。因此，研究、開發(fā)具有優(yōu)異光轉換功能和環(huán)境友好的新型光轉換劑受到人們的廣泛重視。

碳量子點，又稱碳點或碳納米點，是由內部碳核和包含豐富官能團的無定型基質構成的、尺寸小于10納米的新型碳納米材料，由美國科學家于2004年首次合成(參見非專利文獻6)。碳量子點的最重要特性之一是在光照下自身會發(fā)出明亮的熒光，光學穩(wěn)定性高，是一種新型的熒光納米材料，而且具有發(fā)光可調、易于官能化、無毒、生物相容性好、耐光漂白、合成原料多樣化和成本低廉等優(yōu)點。然而，目前還沒有新型碳量子點光轉換塑料薄膜及其制備和應用的報道(參見專利文獻1-2)。這也是本發(fā)明擬解決的關鍵問題。

現(xiàn)有技術文獻：

[非專利文獻1]北京農業(yè)大學主編.植物生理學.1980，中國農業(yè)出版社.

[非專利文獻2]康軍等.中國塑料，2000，14(13)：42-48.

[非專利文獻3]張頌培等.中國塑料，2003，17(11)：22-23.

[非專利文獻4]王鵬等.山東科技大學學報，2011，30(4)：71-79.

[非專利文獻5]張希艷等.稀有金屬材料與工程，2007，36(11)：1996-1999.

[非專利文獻6]xuxatal.jam.chem.soc.2004，126(40)：12736-12737.

[專利文獻1]cn102516979.a

[專利文獻2]cn1338500.a

技術實現(xiàn)要素：
：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種光轉換塑料薄膜及其制備方法和應用。

一方面，本發(fā)明提供了一種光轉換塑料薄膜，所述光轉換塑料薄膜包括塑料薄膜基體材料、以及均勻彌散分布于所述塑料薄膜基體材料中、和(或)附著于塑料薄膜基體材料表面的光轉換劑，所述光轉換劑為碳量子點。

本發(fā)明針對植物生長應用技術，通過將具有特殊光轉換功能的碳量子點熒光材料均勻彌散在普通塑料薄膜中、和(或)附著于塑料薄膜基體材料表面形成改性薄膜，從而設計、制備出一種促進植物生長的新型光轉換塑料薄膜。

較佳地，所述光轉換塑料薄膜中碳量子點的質量含量為0.001～0.1％，所述碳量子點的粒徑為1～10nm。

較佳地，所述光轉換塑料薄膜中的碳量子點在320～420nm波長光的激發(fā)下發(fā)出峰值波長在400～500nm范圍的可見光，在350～550nm波長光的激發(fā)下發(fā)出峰值波長在600～650nm范圍的可見光。

較佳地，所述光轉換塑料薄膜中的塑料薄膜基體材料為聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等普通塑料薄膜制造用熱塑性樹脂材料。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種如上述光轉換塑料薄膜的制備方法，將所述碳量子點光轉換劑與所述熱塑性樹脂原料充分混合均勻后，再采用普通塑料薄膜的制備工藝進行加工。

第三方面，本發(fā)明還提供了一種如上述光轉換塑料薄膜的制備方法，采用普通塑料薄膜制備工藝制備出塑料薄膜后，再在塑料薄膜表面涂覆一層含有所述碳量子點光轉換劑的表面改性層。

第四方面，本發(fā)明還提供了一種如上述光轉換塑料薄膜的應用，所述光轉換塑料薄膜在太陽光照射下，可吸收太陽光中不利于植物生長的部分自然光，并轉換為有利于植物生長的400～500nm和(或)600～650nm波長的可見光。

第五方面，本發(fā)明還提供了一種如上述光轉換塑料薄膜的應用，所述光轉換塑料薄膜在紫外燈、紫外led、藍光led、或其他發(fā)光燈具的照射下，可產生有利于植物生長的400～500nm和(或)600～650nm波長的可見光。

附圖說明：

圖1為實施例1所合成碳量子點材料的透射電鏡顆粒形貌

圖2為實施例1所合成碳量子點材料在不同波長激發(fā)下的發(fā)射光譜(圖2插圖為實施例1所合成碳量子點材料在365nm紫外燈照射下的外觀顏色)

圖3為實施例1所制備碳量子點光轉換塑料薄膜用作農用塑料大棚的效果示意圖

圖4為實施例2所合成碳量子點材料在不同波長激發(fā)下的發(fā)射光譜(圖4插圖為實施例2所合成碳量子點材料在365nm紫外燈照射下的外觀顏色)

圖5為實施例2制備碳量子點光轉換塑料薄膜的制備工藝示意圖

具體實施方式：

以下通過下述實施方式進一步說明本發(fā)明，應理解，下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。

本發(fā)明制備的光轉換塑料薄膜，與以往的光轉換塑料薄膜相比，采用具有良好生物相容性、無污染的新型納米熒光材料------碳量子點作為光轉換劑，通過采用碳量子點對普通塑料薄膜進行改性處理，增強光照中有利于植物光合作用的藍光和紅光成分，有效促進植物生長。在該光轉換塑料薄膜中，具有特殊光轉換功能的碳量子點熒光材料均勻彌散在普通塑料薄膜中、和(或)附著于塑料薄膜基體材料表面形成改性功能層。所述光轉換塑料薄膜中碳量子點的質量含量為0.001～0.1％，所述碳量子點的粒徑為1～10nm。

本發(fā)明中，所述光轉換塑料薄膜中的碳量子點在320～420nm波長光的激發(fā)下發(fā)出峰值波長在400～500nm范圍的可見光，在350～550nm波長光的激發(fā)下發(fā)出峰值波長在600～650nm范圍的可見光。

本發(fā)明中，所述光轉換塑料薄膜中的塑料薄膜基體材料為聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等普通塑料薄膜制造用熱塑性樹脂材料。

本發(fā)明中，所述光轉換塑料薄膜的制備方法工藝簡單，將所述碳量子點光轉換劑與所述熱塑性樹脂原料充分混合均勻后，再采用普通塑料薄膜的制備工藝進行加工；或者，采用普通塑料薄膜制備工藝制備出塑料薄膜后，再在塑料薄膜表面涂覆一層含有所述碳量子點光轉換劑的表面改性層。

進而，作為本發(fā)明的終極目標，將本發(fā)明中制備的光轉換塑料薄膜應用于促進植物生長。所述光轉換塑料薄膜在太陽光照射下，可吸收太陽光中不利于植物生長的部分自然光，并轉換為有利于植物生長的400～500nm和(或)600～650nm波長的可見光；或者，所述光轉換塑料薄膜在紫外燈、紫外led、藍光led、或其他發(fā)光燈具的照射下，可產生有利于植物生長的400～500nm和(或)600～650nm波長的可見光。

下面進一步例舉實施例以詳細說明本發(fā)明。同樣應理解，以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據本發(fā)明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬于本發(fā)明的保護范圍。下述示例具體的工藝參數(例如具體的溫度、壓力、時間、投料量等)等也僅是合適范圍中的一個示例，即本領域技術人員可以通過本文的說明做合適的范圍內選擇，而并非要限定于下文示例的具體數值。

實施例1：

碳量子點材料的合成：取2g檸檬酸、0.5ml二乙烯三胺、70ml去離子水置于容量為200ml的玻璃燒杯中，常溫下磁力攪拌30分鐘得到反應溶液；然后，將制備的反應溶液轉移到容量為100ml的具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，在200℃水熱保溫反應3小時，冷卻至室溫得到棕色溶液。

碳量子點材料的凈化提純：將上述棕色溶液進行離心處理(12000rpm，15分鐘)，除去未完全反應的大顆粒；隨后，采用0.22μm的微孔過濾膜對離心過后的上層清液進行過濾，進一步除去殘留的大顆粒分子；然后，采用分子截留量為500da的透析膜對樣品進行48小時的透析，其間每隔4小時更換一次去離子水，最后得到凈化提純的碳量子點溶液。

碳量子點材料的顆粒形貌表征：采用透射電鏡觀察所合成碳量子點材料的顆粒形貌(圖1)，可以看出：所合成碳量子點材料具有球形形貌，顆粒尺寸約6nm。

碳量子點材料的熒光性能表征：將凈化提純的碳量子點溶液置于比色皿中，采用熒光光譜儀檢測其在不同波長(320～420nm)激發(fā)下的發(fā)射光譜(圖2)，可以看出：發(fā)出峰值波長在400～500nm范圍的可見光。進一步采用365nm的紫外燈照射所合成的碳量子點溶液(圖2插圖)，溶液呈現(xiàn)藍色，這與其在365nm紫外光激發(fā)下產生峰值波長約450nm的藍光相一致。

碳量子點光轉換塑料薄膜的制備：取100kg普通塑料薄膜生產常用的市售聚乙烯顆粒為原材料，添加10g碳量子點材料作為光轉換劑，添加適量防老化劑等其它常用添加劑，采用普通塑料薄膜生產所使用的設備和工藝制備出碳量子點光轉換塑料薄膜。

碳量子點光轉換塑料薄膜的應用：將所生產的碳量子點光轉換塑料薄膜用作農用塑料大棚，可明顯起到增產增收的效果(圖3示意圖)。

實施例2：

碳量子點材料的合成：取2g檸檬酸、65ml甲酰胺、5ml去離子水置于容量為200ml的玻璃燒杯中，常溫下磁力攪拌30分鐘得到反應溶液；然后，將制備的反應溶液轉移到容量為100ml的具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，在180℃水熱保溫反應4小時，冷卻至室溫得到棕褐色溶液。

碳量子點材料的熒光性能表征：將合成的碳量子點溶液置于比色皿中，采用熒光光譜儀檢測其在不同波長(350～470nm)激發(fā)下的發(fā)射光譜(圖4)，可以看出：發(fā)出峰值波長在600～650nm范圍的可見光。進一步采用365nm的紫外燈照射所合成的碳量子點溶液(圖4插圖)，溶液呈現(xiàn)紅色，這與其在365nm紫外光激發(fā)下產生峰值波長約620nm的紅光相一致。

碳量子點光轉換塑料薄膜的制備：采用市售普通塑料薄膜為基材，采用簡單噴灑方式在普通塑料薄膜基材表面涂覆一薄層碳量子點溶液(圖5示意圖)，自然晾干后得到碳量子點改性處理的光轉換塑料薄膜。

碳量子點光轉換塑料薄膜的應用：將所生產的碳量子點光轉換塑料薄膜用作農用塑料大棚，可明顯起到增產增收的效果。

實施例3：

采用上述實施例1和實施例2的方法分別合成兩種碳量子點材料，采用實施例1的方法制備碳量子點光轉換塑料薄膜(其中：碳量子點材料的總質量含量為0.02％，兩種碳量子點材料各占50％)，將所生產的碳量子點光轉換塑料薄膜用作農用塑料大棚，在塑料大棚中設置若干紫外led和藍光led用于植物夜間輔助照明，可明顯起到增產增收的效果。