新型纳米仿生态转光农膜的研究

新型纳米仿生态转光农膜的研究周宁琳1,2,3,，马银陈1,2，伏阳1,2，魏少华1,2,3，李利1,2,3，章峻1,2,3，沈健1,2,3*(1.南京师范大学化学与环境科学学院，南京，210097；2.江苏省生物医药功能材料工程研究中心，南京，210097；3.江苏省表面与界面工程技术研究中心，南京，210093)农业关系到国计民生，是国民经济的基础。我国农业三大生产资料之一的农用塑料薄膜是国家重点发展的行业。2005年度我国农地膜的应用量已超过100万吨，比2004年增长20%以上，是历史之最，预计到2010年农用薄膜的应用量将超过200万吨，市场前景十分广阔。近年来,我国农膜的功能化和高性能化越来越成为农膜发展的主流。农膜光转换设计原则是依据光生态学原理,在农用薄膜中引入转光剂以实现光能转换,以达到改善塑棚温室透过的光质、提高光能综合利用率。在农作物增产、早熟、品质改良等方面与普通膜及现有功能膜相比,有着更为明显的优势[1-4]。本研究将聚合物/黏土插层复合技术与稀土发光材料相结合，制备出新型的纳米仿生态转光农膜（以下简称转光膜），在江苏省金坛市儒林镇连续两年的大田应用试验表明，农作物产量大幅度提高，果实品质得到很大改善。转光膜的制备系将聚乙烯树脂、功能性改性母料、纳米仿生态转光剂→吹塑成型工艺→纳米仿生态转光农膜。试验区苫盖的纳米仿生态转光农膜与山东“清田”牌聚乙烯三层复合耐老化流滴膜为对照膜(以下简称对照膜)进行了田间对比试验。两个栽培区的整地、施肥等田间管理完全一样，另外保温、通风等管理措施也相同。于2004、2005年连续两年定植906西红柿。246810050010001500Ca:5.82(1.532nm)b:4.92(1.79nm)2(Degree)CPS300400500600700800020406080100120140160180ex:246nmex:297nmex:322nmintensity/nm图1Figure1XRDpatternsof(a)MMT,Figure2Theexcitation(a)andemission(b)O-MMTand(c)nano-photo-ecologyPEfilm(b)spectraofthenano-photo-ecologyPEfilm由图1可见改性蒙脱土（b）的层间距为1.79nm，大于原土（a）的层间距（1.5nm），说明纳米仿生态稀土转光剂，不仅能发光，而且确实可插入到黏土的微观夹层中，导致层间距变大。纳米仿生态转光剂含量为0.2%的PE复合物中d001衍射峰消失，表明黏土片层已被撑开，完全剥离，并均匀分散到PE基体中。图2为不同激发波长下PE/黏土纳米复合材料的发射光谱图，说明PE纳米仿生态稀土转光农膜具有高效地将不同波段的紫外光（246nm、297nm、322nm）转换成发蓝紫光及青光*基金项目:*江苏省教育厅高新技术产业发展项目（JHB05-21）资助项目（480-450-400-380nm）以及可提高棚温的红外光（720-800nm）荧光的特殊功能。通过纳米插层复合的方法使纳米仿生态稀土转光剂以纳米结构单元在PE基体中的剥离、分散与基体复合，且纳米仿生态转光剂与PE基体具有良好相容性，所制备的纳米仿生态转光农膜的力学性能也得到了改善（膜的拉伸强度和断裂伸长率高），从而使转光农膜的抗风雪等自然灾害能力增强，同时兼有耐候、保温、延长流滴剂使用寿命等功能。表12004、2005转光膜产量及效益对比日期转光膜对照膜亩产增产率(%)售额增加率（%）亩产(斤)售额(元)亩产(斤)售额(元)2004年1269414768103481117222.6432.22005年130002059398451499832.0537.3大田实验表明采用纳米生态转光农膜进行西红柿种植不仅能够提高产量而且可以提高西红柿的品质（维生素、固型物、糖份的含量都有显著增加）,投入产出比高达1:30，经济效益非常显著。连续两年的大田应用试验表明，纳米仿生态稀土转光农膜是一种高附加值农用薄膜，其荧光寿命可与膜的寿命同步，既能减轻农作物紫外辐射伤害（对240~340nm紫外光有强吸收转光效应），又可大幅度提高农作物产量和品质。因转光农膜中的380-480nm较强宽带发射且具有适宜的蓝红光比值，可使农作物品质大为提高，同时达到早熟增产的目的，转光膜内西红柿产品上市比对照膜早7天，可比现有品牌功能膜增产20%以上，亩增效益30%以上。参考文献[1]李建宇，稀土配合物发光材料的合成，现代化工，2001，21（4）：13[2]秦伟程.农膜用转光剂研究与应用进展.2005年首届全国塑料橡胶添加剂发展论坛,2005；120[3]王平利,曹国荣.转光膜性能研究相关问题的探讨.北京印刷学院学报,2005,13(2);21[4]VijayaSubramanianandDeborahG.Evans.ExcitationEnergyTransferinModelLight-HarvestingAntennae.J.Phys.Chem.B,2004,108,1085Studyonthenovelnano-photo-ecologyfilmforagricultureZhouNing-lin1,2,3,Mayin-chen1,2,Fuyang1,2,WeiShao-hua1,2,3,LiLi1,2,3,ZhangJun1,2,3,ShenJian1,2,3*(1.CollegeofChemistryandEnvironmentalScience,NanjingNormalUniversity,Nanjing210097,2.JiangsuEngineeringResearchCenterforBio-medicalFunctionMaterials,Nanjing210097,3.JiangsuResearchCenterofSurfaceandInterfaceEngineeringandTechnology,Nanjing210093)Abstract:Anovelexfoliatednano-photo-ecologyagriculturalfilmweresynthesizedbypolymer/claynanocompositeintercalatedtechnology,andcharacterizedbyXRD,fluorescencespectra.Applicationtestsshowthatthenano-photo-ecologyagriculturalfilmcannotonlyenhancingphotosynthesisandpromotingplantgrowth,butalsoimprovethetomatoqualityandmarkedlyraisetheyieldandbenefit.Keywords:nano-photo-ecologypolyethylenefilmagricultureapplicationtests