轉光劑——植物的光肥

【引子】

在前面涉及到轉光劑和裝光膜研究的兩篇博文【1】、【2】后，蔣敏強老師、黃慶老師、劉立老師、徐耀老師都問到什么是轉光膜？其原理如何？今天利用五一假期的最后一點兒時間，再勞動一次，請各位多多賜教。

【正文】

（一）為什么要研究轉光劑？

眾所周知，我們生存的能量來源于植物中的糖類，而這些糖類是植物通過光合作用，將太陽光轉換而來的。

光合作用的主體是葉綠素，葉綠素有幾種不同的類型。

它們可以吸收太陽光中某些波長的光，來進行反應。

從下面的吸收光譜圖中，我們可以看到，葉綠素主要吸收的是藍光和紅光。而大量的綠光是被反射的，同時紫外線對植物也是有害的。

大量的實驗已經證明，通過增加對植物的藍光或紅光照射程度，可以使作物根系發達，莖葉茂盛，增產增收和品質優越。

因此，藍光和紅光被稱為光肥，這是繼“化學肥料”之后的一類新型環保性“物理肥料”。

另外，吸收320nm~350nm范圍的紫外線對植物的某些病害蟲害有抑制作用，這是一種物理防蟲作用，是一種“物理農藥”。

所以，人工模擬植物作用的最佳光譜具有肥效和藥效的功能，給發展高效生態農業賦予了新的意義。

當然我們只討論綠色植物的光轉換問題，如果像有人預測的外星的藍色植物或紅色植物那就另當別論了。

（二）何謂轉光劑？

簡單地說，轉光劑實質上就是一類光致發光材料。光致發光材料的發光原理就是材料吸收一定波長的能量后，電子被激發到高能級，在返回基態的過程中，以光的形式將能量放出，當然要伴隨著釋放一定的熱量。

只不過對于轉光劑來說，就是特指的一類光致發光材料，它們能夠吸收紫外線和綠光，發射出特定波長的藍光和紅光，以供植物吸收。

吸收紫外線發射藍光和紅光的材料不少；但是吸收綠光發射紅光的材料就不是很多。尤其是要發射適合植物吸收的640nm左右的紅光和425-440nm左右的藍光的材料更是不多。下圖是我們做的一種材料的激發光譜和發射光譜。

這就涉及到對轉光劑的一些要求：

（1）與植物吸收光譜的匹配性。要能夠將紫外光和綠光轉換為植物光合作用所用的藍光和紅光，而且要有足夠的發射強度。

（2）化學穩定性。在自然界中，尤其是強光、潮濕空氣的作用下能夠保持穩定的發光性能。

（3）與農膜的相容性好。要能夠與常用的農膜材料相容，在保持發光強度的基礎上，不影響農膜的力學性能和透光性。

（4）熒光壽命。保持盡可能低的光衰減速度，在整個農膜使用期內都能保持良好的發光性能。

（5）價格成本要有足夠高的性價比。增加轉光劑，農膜的成本肯定提高，但是這種提高應該在市場可接受的范圍內，而且要有很高的性價比。