柔性光轉(zhuǎn)換透明竹薄膜研究取得重要突破

近日，國家林業(yè)和草原局竹子研究開發(fā)中心竹木高效加工團隊在柔性光轉(zhuǎn)換透明竹薄膜研究方面取得重要突破。研究團隊以0.2—0.4mm厚旋切或刨切薄竹為原料，通過“轉(zhuǎn)光劑-竹纖維骨架-樹脂”多級復(fù)合策略，構(gòu)筑兼具光轉(zhuǎn)換與可生物降解特性的柔性光轉(zhuǎn)換透明竹薄膜（PTB），為智能溫室提供了生物基光調(diào)控方案。

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜作為一種新型的農(nóng)業(yè)用膜，可以通過調(diào)控太陽光譜有效提升作物光合效率。但傳統(tǒng)農(nóng)膜90%以上依賴不可降解的石油基聚乙烯，長期使用導(dǎo)致土壤微塑料污染；同時，主流光轉(zhuǎn)換材料存在光轉(zhuǎn)換劑易遷移失效、力學(xué)性能不足、熱穩(wěn)定性差等問題，難以滿足農(nóng)業(yè)薄膜對透光性與機械強度的雙重需求。針對上述瓶頸，該研究開發(fā)了一種基于天然竹材的光-力協(xié)同功能材料——柔性光轉(zhuǎn)換透明竹薄膜。以0.2—0.4mm厚旋切或刨切薄竹為基底，經(jīng)脫木質(zhì)素處理形成多孔結(jié)構(gòu)，將高效轉(zhuǎn)光劑滲入竹材多級孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，再經(jīng)環(huán)氧樹脂復(fù)合固化，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)光劑的原位穩(wěn)定固載。該工藝解決了傳統(tǒng)涂覆方式存在的轉(zhuǎn)光劑遷移問題，同時充分發(fā)揮竹材的力學(xué)優(yōu)勢。所得PTB薄膜展現(xiàn)出86.3%的高透明度，其核心功能在于精準捕獲植物生長有害的紫外光，并將其高效轉(zhuǎn)化為可促進光合作用的紅光，顯著拓展了光合有效輻射范圍。

PTB在光學(xué)與力學(xué)性能上實現(xiàn)了雙重突破：一方面具備優(yōu)異的光譜調(diào)控能力，另一方面抗拉強度高達100.5 MPa，遠超傳統(tǒng)PE農(nóng)膜（約20 MPa）及多數(shù)生物基薄膜，并具有突出的熱穩(wěn)定性。擬南芥生長實驗驗證了其農(nóng)業(yè)應(yīng)用價值：覆蓋PTB的植株最大光化學(xué)效率顯著提升，生物量指標明顯升高：葉片數(shù)量增加28.6%，鮮重與干重分別增長108.6%和118.2%。充分證明其通過紫外-紅光轉(zhuǎn)化機制有效優(yōu)化了光合作用進程。所開發(fā)的PTB薄膜不僅為智能溫室提供了生物基光調(diào)控方案，更開辟了“以竹代塑”的新路徑，對推進竹材高附加值利用和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

研究成果論文在材料科學(xué)領(lǐng)域一區(qū)Top期刊Energy & Environmental Materials上發(fā)表。竹子中心2023級博士研究生徐丹丹為論文第一作者，竹子中心副研究員何盛和南京林業(yè)大學(xué)副教授冷魏祺為論文通訊作者。該研究工作得到了中國林科院基金面上項目、浙江省自然科學(xué)基金等項目資助。

https://www.forestry.gov.cn/lyj/1/lcdt/20250901/639811.html