近日，蘭州大學(xué)材料與能源學(xué)院王育華教授研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出新型深紅發(fā)光材料，并制備出CLA-2xM-zS紅色熒光粉。此研究攻克了植物生長用發(fā)光材料穩(wěn)定性差、紅光發(fā)射效率低等關(guān)鍵技術(shù)難題。該成果為室內(nèi)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效提供了創(chuàng)新解決方案，相關(guān)研究發(fā)表于《先進(jìn)材料》。

隨著人口增長和氣候變化，室內(nèi)種植成為重要的糧食來源。然而，傳統(tǒng)LED照明和水培系統(tǒng)成本高昂，限制了規(guī)模化應(yīng)用。現(xiàn)有的光轉(zhuǎn)換薄膜材料普遍存在對植物生長所需的淺藍(lán)光吸收過度、紅光發(fā)射效率不足等問題，從而導(dǎo)致植物生長效率受限。

“因此，迫切需要開發(fā)出具備高量子效率且能在綠光激發(fā)下發(fā)光的紅色熒光粉，以應(yīng)用于光轉(zhuǎn)換膜，從而更有效地促進(jìn)植物生長。”王育華介紹。

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Ca1-zSrzLi1-xMg2xAl3-xN4:yEu2+轉(zhuǎn)光膜促進(jìn)植物生長的應(yīng)用。

研究發(fā)現(xiàn)，原CaLiAl3N4(CLA)結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定性，其中的LiN4四面體鍵角小于90°是導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的主要因素。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用化學(xué)單元共取代策略，以鎂-鎂單元取代鋰-鋁單元來增大四面體體積，從而增大鍵角，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

基于此研究成果，團(tuán)隊(duì)成功制備出了CLA-2xM-zS粉末樣品，其在藍(lán)綠光范圍內(nèi)均可被有效激發(fā)，并發(fā)射出深紅色的光。實(shí)驗(yàn)表明，基于該材料制備的光轉(zhuǎn)換膜的光密度較PP膜提升20%，較無光轉(zhuǎn)換膜的對照組提升97.5%，其發(fā)射光譜與葉綠素吸收峰高度匹配，可將植物利用率低的綠光高效轉(zhuǎn)化為促進(jìn)生長的深紅光。

“該材料具有優(yōu)異的發(fā)光強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和高量子效率，在促進(jìn)植物生長方面具有巨大潛力。”王育華表示，此研究為室內(nèi)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了重要技術(shù)支撐。