一种促进植物光合作用的双能转光玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种促进植物光合作用的双能转光玻璃及其制备方法，其原料的摩尔组成为：SiO2:33.8~50%、Al2O3:18~24%、Na2O:14~18%、NaF:7~11%、YF3:8~12%、Re2O3:0.05~0.5%、TM2Ox:0.05~0.5%，所述Re为三价稀土离子，TM为过渡金属离子。本发明专利技术的促进植物光合作用的双能转光玻璃能促进植物的光合作用，减少化学肥料和农药的使用，提高农作物的产量，有望开发为温室大棚的绿色建筑材料。

【技术实现步骤摘要】
一种促进植物光合作用的双能转光玻璃及其制备方法
本专利技术涉及固体发光材料领域，特别涉及一种促进植物光合作用的双能转光玻璃及其制备方法。
技术介绍
由于叶绿素对蓝光和红光的吸收效率较高，对紫外和红外波段吸收较少。所以太阳光谱中的蓝光和红光对绿色植物的光合作用影响最大，通常称为光合作用的有效光谱。目前，一些掺杂发光离子的荧光材料已经用于促进农作物增产增收，将太阳光中的紫外光或绿光转换为蓝光和红光，提高绿色植物光合作用效率。专利CN1105040A，CN1122814A，CN1132219A公开了稀土铕有机配合物在农膜中的应用，这些专利申请都是粉末材料或者掺杂了粉末材料的高分子薄膜。由于这种有机高分子薄膜容易造成环境污染问题，并且只是利用稀土铕元素将紫外波段转换为红光，没有考虑到叶绿素α和叶绿素β对蓝光的高效吸收。所以这种荧光材料在农用转光材料领域的应用受到了一定限制。基于大多数温室大棚是用玻璃材料建造的，所以对转光玻璃的研究具有深远意义。用转光玻璃替代传统玻璃，能提高绿色植物对太阳能的利用效率，减少化学肥料的使用，实现绿色生态农业。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种能将紫外光和红外光（紫外光和绿光）转换成蓝光和红光的双能转光玻璃。本专利技术的另一目的在于提供上述双能转光微晶玻璃的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种促进植物光合作用的双能转光玻璃，该双能转光玻璃的原料摩尔组成为SiO2:33.8~50%、Al2O3:18~24%、Na2O:14~18%、NaF:7~11%、YF3:8~12%、Re2O3:0.05~0.5%、TM2Ox:0.05~0.5%，所述Re为三价稀土离子，所述TM为过渡金属离子；所述x为2或3。优选的，所述三价稀土离子为Tm3+离子、Eu3+离子、Nd3+离子、Ho3+离子或Yb3+离子。优选的，所述过渡金属离子为Bi3+离子、Cr3+离子、Sb3+离子或Mn2+离子。以上所述的一种促进植物光合作用的双能转光玻璃的制备方法，包括以下步骤：（1）对玻璃原料SiO2、Al2O3、Na2O、NaF、YF3、Re2O3、TM2Ox进行充分研磨；（2）将步骤（1）得到的玻璃原料置于坩埚中，然后将坩埚置于高温炉中加热，得玻璃熔液；（3）将步骤（2）得到的玻璃熔液浇注到已预热的模具中，再放入已升温的马弗炉中保温后降温，获得前驱体玻璃；（4）将步骤（3）得到的前驱体玻璃置于马弗炉中加热，获得双能转光玻璃。优选的，步骤（1）所述研磨的时间为20-40min。优选的，步骤（2）所述加热是先以5-10℃/min的速率升温至1000℃，接着再以3-5℃/min的速率升温至1400~1600℃后保温0.5~2小时。优选的，步骤（3）所述模具的预热温度为200-300℃。优选的，步骤（3）所述马弗炉的温度为450-550℃，所述保温的时间为2-3h。优选的，步骤（3）所述降温是以5-15℃/h的速率降温至50℃以下。优选的，步骤（4）所述加热是以3-5℃/min的速率从室温升至650~700℃后保温1~5小时。本专利技术的双能转光玻璃在紫外波段和红外波段（紫外波段和绿光波段）均有吸收带，即双能转光玻璃可以同时吸收紫外光和红外光（紫外光和绿光）；在蓝光波段和红光波段均有发射带，即双能转光玻璃同时发射蓝光和红光；能将太阳光谱中植物吸收效率低的紫外光和红外光（紫外光和绿光）转换为高效吸收的蓝光和红光；能促进植物的光合作用，减少化学肥料和农药的使用，提高农作物的产量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：（1）本专利技术的双能转光微晶玻璃，能将紫外光和红外光（紫外光和绿光）转换成蓝光和红光，提高太阳能的利用效率，促进植物的光合作用，减少化学肥料和农药使用。（2）本专利技术的双能转光微晶玻璃含有NaYF4和NaAlSiO4两种晶体，稀土和过渡金属离子分别进入NaYF4和NaAlSiO4晶体中，通过空间上的隔离，稀土和过渡金属离子的非辐射能量传递得到了有效的抑制。（3）本专利技术的微晶玻璃的制备方法简单，可以制造成各种形式的玻璃，用于建造各种类型的农用场地。附图说明图1为实施例1中微晶玻璃的X射线衍射图谱（XRD）；图2为实施例1中微晶玻璃的发射光谱图；图3为实施例1中微晶玻璃的激发光谱图；图4为实施例2中微晶玻璃的上转换光谱图；图5为实施例2中微晶玻璃的下转换光谱图；图6为实施例2中微晶玻璃的激发光谱图；图7为实施例3中微晶玻璃的蓝光和红光发射波段及对应的吸收区域图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)前驱体玻璃的制备：摩尔组成为:SiO2:44.875%、Al2O3:22%、Na2O:16%、NaF:9%、YF3:8%、Bi2O3:0.05%、Eu2O3:0.075%。取100g原料，在玛瑙研钵中研磨30min，使其充分混合均匀。将混合均匀的物料倒入200ml刚玉坩埚，再将刚玉坩埚放入高温炉中。先以8℃/min的速率升温至1000℃，接着再以5℃/min的速率升温至1550℃后保温1h。然后将玻璃熔液迅速浇注到250℃的预热模具中，放入已升温至500℃的马弗炉中保温2.5h后，再以10℃/h的速率降温至50℃以下，获得前驱体玻璃。(2)透明微晶玻璃的制备：将前驱体玻璃置于马弗炉中，以5℃/min的速率从室温升至670℃保温2h，获得透明微晶玻璃，再将表面抛光成镜面。(3)透明微晶玻璃的表征：X射线衍射结果（如图1所示）表明，该微晶玻璃析出了两种晶相：NaAlSiO4和NaYF4。360nm紫外光激发条件下的发射光谱（如图2所示）表明，Bi3+/Eu3+共掺的转光玻璃发射蓝光和红光，蓝光源于Bi3+离子的辐射跃迁，中心波长为450nm；红光源于Eu3+离子的辐射跃迁，中心波长为622nm。激发光谱（如图3所示）表明，Bi3+/Eu3+共掺的转光玻璃能有效吸收紫外光，监测450nm蓝光时的激发波长范围为300-380nm，监测622nm红光时的激发波长范围为360-400nm。因此，Bi3+/Eu3+共掺的转光玻璃能将紫外光转换成蓝光和红光。实施例2(1)前驱体玻璃的制备：摩尔组成为:SiO2:33.8%、Al2O3:24%、Na2O:18%、NaF:11%、YF3:12%、Yb2O3:0.5%、Tm2O3:0.2%、MnO:0.5%。取100g原料，在玛瑙研钵中研磨20min，使其充分混合均匀。将混合均匀的物料倒入200ml刚玉坩埚，再将刚玉坩埚放入高温炉中。先以5℃/min的速率升温至1000℃，接着再以3℃/min的速率升温至1400℃后保温2h。然后将玻璃熔液迅速浇注到200℃的预热模具中，放入已升温至450℃的马弗炉中保温3h后，再以5℃/h的速率降温至50℃以下，获得前驱体玻璃。(2)透明微晶玻璃的制备：将前驱体玻璃置于马弗炉中，以3℃/min的速率从室温升至650℃保温5h，获得透明微晶玻璃，再将表面抛光成镜面。(3)透明微晶玻璃的表征：980nm激光激发条件下的发射光谱（如图4所示）表明，Yb3+/Tm3+/Mn2+共掺的转光玻璃发射蓝光和红光，蓝光源于Tm3+离子的辐射跃迁，红光源于Mn2+离子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进植物光合作用的双能转光玻璃，其特征在于，该双能转光玻璃的原料摩尔组成为SiO2:33.8 ~ 50%、Al2O3:18 ~ 24%、Na2O:14 ~ 18%、NaF:7~ 11%、YF3:8 ~ 12%、Re2O3:0.05 ~ 0.5%、TM2Ox:0.05 ~ 0.5%，所述Re为三价稀土离子，所述TM为过渡金属离子；所述x为2或3。

【技术特征摘要】
1.一种促进植物光合作用的双能转光玻璃，其特征在于，该双能转光玻璃的原料摩尔组成为SiO2:33.8~50%、Al2O3:18~24%、Na2O:14~18%、NaF:7~11%、YF3:8~12%、Re2O3:0.05~0.5%、TM2Ox:0.05~0.5%，所述Re为三价稀土离子，所述TM为过渡金属离子；所述x为2或3。2.根据权利要求1所述的一种促进植物光合作用的双能转光玻璃，其特征在于，所述三价稀土离子为Tm3+离子、Eu3+离子、Nd3+离子、Ho3+离子或Yb3+离子。3.根据权利要求1所述的一种促进植物光合作用的双能转光玻璃，其特征在于，所述过渡金属离子为Bi3+离子、Cr3+离子、Sb3+离子或Mn2+离子。4.制备权利要求1-3任一项所述的一种促进植物光合作用的双能转光玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对玻璃原料SiO2、Al2O3、Na2O、NaF、YF3、Re2O3、TM2Ox进行充分研磨；（2）将步骤（1）得到的玻璃原料置于坩埚中，然后将坩埚置于高温炉中加热，得玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：董国平，蔡振禄，康世亮，宋晓倩，欧阳天昶，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44