隨著全球變暖的加劇，高溫干旱天氣頻發(fā)。持續(xù)性的高溫干旱環(huán)境使農(nóng)作物長期處于熱應(yīng)激狀態(tài)，從而影響農(nóng)作物產(chǎn)量。微霧噴淋、濕簾風(fēng)機等傳統(tǒng)的降溫方式往往需要消耗大量能源和水，因此需要提出一種被動式降溫節(jié)水策略來優(yōu)化農(nóng)作物生長的局部環(huán)境。
 

　　近日，中國科大光學(xué)與光學(xué)工程系劉文教授、李明特任副研究員課題組提出一種基于聚合物多層干涉原理的光譜選擇性輻射冷卻膜(PMF-RC膜)。PMF-RC膜由兩個不同的聚合物多層膜系和一種透明聚合物輻射制冷材料組成，可選擇性地透過用于農(nóng)作物生長的光合有效輻射，反射植物葉片利用率較低的綠光和近紅外光，并具有優(yōu)異的輻射制冷性能，實現(xiàn)了零能耗降低空氣溫度、土壤溫度和土壤水分蒸發(fā)量，并顯著提升了高溫環(huán)境下作物的產(chǎn)量。相關(guān)成果以“A Low-Cost and Large-Scale Producible Polymer Multilayer Radiative Cooling Film for Reducing Plant Heat Stress”為題發(fā)表在《ACS Photonics》上。
 

圖1. PMF-RC膜的原理和結(jié)構(gòu)示意圖
 

　　在戶外測試中，相較于傳統(tǒng)的覆蓋農(nóng)膜(PE膜)和露天環(huán)境，PMF-RC膜覆蓋后使空氣溫度下降了2.3-5.0℃、土壤表面以下3厘米處的溫度下降了2.1-4.1℃、土壤水分蒸發(fā)量下降了11.2-32.4%。在實際的作物種植實驗中，PMF-RC膜下生長的落葵、意大利生菜和中國小青菜的產(chǎn)量均有1-3倍的提升。相較于傳統(tǒng)的真空鍍膜技術(shù)，PMF-RC膜采用微納層疊多層共擠技術(shù)制備，具有顯著的成本優(yōu)勢和更快的制備速度。除此之外，PMF-RC膜具有優(yōu)異的耐老化性能和力學(xué)性能，十分適合在溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。本研究促進了聚合物輻射制冷材料在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域大規(guī)模實際應(yīng)用的進程。
 

圖2.種植實驗結(jié)束時各種作物的生長狀況
 

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士研究生蔣樹寶為論文第一作者，劉文、李明為共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目、中央高?；狙芯炕鸷桶不帐≈攸c研發(fā)計劃項目的資助。