社科在线济南大学智能材料与工程研究院 蒋绪川
稀土被誉为“工业维生素”，在新能源、高端制造等领域具有不可替代性，其战略地位直接关系到国家安全与科技竞争格局。
在稀土功能材料领域，尤其以稀土发光材料格外引人注目。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。可以说，正是这种特殊的电子层结构，稀土具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴，只要谈到发光，几乎离不开稀土。
根据世界和美国24种稀土应用领域的消费分析，稀土发光材料的产值和价格均位于前列。中国的稀土应用研究中，发光材料也占据非常重要的地位。稀土发光材料的应用会给光源带来环保节能、色彩显色性能好及长寿命的作用，有利于推动照明显示领域产品的更新换代。稀土发光材料成为节能照明和电子信息产业发展过程中不可或缺的基础材料。
图1 稀土发光材料（铕Eu3+）的转光机理
近期，我国科研团队在稀土光电应用领域取得重大突破，成功攻克了“绝缘性稀土纳米晶的高效电致发光”难题，特别是在稀土发光材料用于温室农膜方面开辟了稀土材料的全新应用领域。
万物生长靠太阳，而太阳光是免费的，因此科学、有效地利用太阳光能是提高种植业科技水平、降低生产成本的重要途径。
但太阳光存在两方面的特质：光强和光质（波长范围）。植物的生长、发育均受到光强与光质两方面的复杂调控。以往无论在理论研究还是在生产实践中，人们主要关注光强而忽略光质对植物生长的影响。
我们团队研发的新型稀土转光农膜可以理解为一种专门为植物“光配方”而设计的智慧农膜。它通过在普通塑料薄膜中添加稀土转光剂，像魔法师一样改变阳光的组成，把对植物生长无益甚至有害的紫外光和绿光，转换成能极大促进光合作用的红橙光和蓝紫光。其核心工作原理：给植物开“光谱小灶”。这是基于植物的本征吸光特性，植物光合作用主要吸收用于长茎叶的蓝光和用于开花结果的红光。
稀土转光农膜的核心就是精准捕获并转换光能，吸收过滤或转化掉太阳光中过多的紫外光（易灼伤植物、加速农膜老化）和部分绿光（植物反射绿光，利用率低），而发射有益光，将这些光能高效转换为植物光合作用最需要的蓝光和红光，为温室创造一个更高效的生长光环境。
目前，稀土转光农膜已经从实验室走向农田应用，这主要基于创新的“光转换”技术路线，包括：一是将稀土配合物如铕、铽等有机配合物融化掺杂到高分子膜中，可高效将紫外光转为红光；二是将稀土转光材料嵌入蒙脱土、高岭石等纳米层状材料后，再融入到高分子膜中，从而解决了纳米颗粒在塑料中分散不均、易团聚的难题，提高了光转换效率和稳定性；三是将稀土-量子点复合如绿色稀土转光剂搭配红色量子点融入到高分子膜中，其中绿光稀土材料吸收能量后，再传递增强量子点的红光发射强度，实现1+1>2的效果。
稀土转光农膜应用于设施农业的温室大棚，增产提质看得见，带来的效益非常直观，已在多种作物上得到验证：
在促进生长与增产方面，作物光合作用增强，开花、授粉期普遍提前，如西红柿提早3-7天开花、结果，产量增加，如西红柿产量提高10%以上；
在改善果实品质方面，能显著提升果实的营养成分。例如，西瓜专用膜可使果实糖度提升1.5-2.0度，蓝莓的微量元素如花青素含量提高~10%，黄酮含量提高50%以上；
在减少病害与损耗方面，我们通过优化光环境，能增强作物抗逆性。葡萄专用膜能降低病害发生率~15%，黄瓜、西红柿等农药使用降低~30%；
在提升棚室性能方面，透光率可达80%-85%以上，并兼具良好的保温、流滴消雾功能，膜抗老化性能提高，可延长农膜的使用寿命。
目前看来，尽管效果显著，在产业化方面依旧存在技术瓶颈，主要挑战在于制备工艺复杂、5层、7层膜甚至更多层熔融共挤过程温度、配方、填料比例等控制难度高，无机纳米颗粒在塑料中易团聚或析出问题，以及长期户外使用下的光稳定性问题等。
可喜的是，国内产学研合作非常紧密。我们团队正致力于攻克这些难题，国家稀土功能材料创新中心、济南大学已建立中试基地，并在山东、河北等主要蔬菜产区成功推广。最新研究还开始结合可降解材料，开发更环保的农膜产品。
稀土转光农膜通过精准的光调控，充分发挥了稀土转光材料的神奇发光效果，真正实现了为农作物“量体裁衣”般的光照管理。
作者简介：
蒋绪川， 教授， 博士生导师， 济南大学智能材料与工程研究院院长，九三学社山东省科技专委会主任， 济南大学欧美同学会副会长。
本科和硕士毕业于山东大学， 博士毕业于中国科学技术大学。博士毕业后，曾先后工作于澳大利亚蒙纳士大学，澳大利亚新南威尔士大学， 法国巴黎大学， 及美国华盛顿大学等国际知名高校。
主要致力于功能无机纳米材料的制备、组装及其应用研究， 特别是纳米隔热材料及功能转光材料的应用研究。现已发表高水平论文260余篇， 引用次数11000余次， 获评2021-2024年度全球化学化工领域高倍引学者; 承担/主持国家基金课题10余项; 授权/申请专利30余项，其中多项专利已经转化 (如智能玻璃， 智慧农膜等)，其中智能玻璃相关的纳米粉体、纳米涂料、纳米涂层其制备、功能等均居国内领先，产品已经用于汽车玻璃、建筑玻璃的节能降耗，取得了较好的成果；另外，智慧型稀土转光农膜可高效转化太阳光中的紫外光或黄绿光为植物需要的蓝光和红光，促进植物光合作用，产品已经销售到全国多个省市地区，取得了良好的经济和社会效益。
曾荣获多项荣誉包括：国家”千人计划”特聘专家，江苏省“双创计划”人才， 江苏苏州园区“创业领军”人才， 江西省“双千计划”人才等。
主要研究方向：智慧转光农膜（温室大棚用），转光纳米粉体 （现已市场销售）；生物基可降解地膜、农膜用防雾涂料、土壤改良剂等农资产品；智能节能玻璃，可用于建筑、汽车玻璃（现已与福耀玻璃合作）；长寿命高稳定管道防腐涂料 （现已与华润燃气合作）；生物抑菌抗菌材料 （甲壳素、壳聚糖等， 现已与医疗单位合作）。
