14.574.21.0064

Данный Проект направлен на решение проблемы создания нового поколения флуоресцирующих полимерных пленок, получаемых на основе полиолефинов и коллоидных полупроводниковых материалов типа CdSe/CdS/ZnS/CdZnS, называемых квантовыми точками. В рамках сформулированной проблемы конкретной целью реализуемого проекта является разработка технологии получения флуоресцирующих полимерных пленок на основе термопластичных полиолефипов и коллоидных полупроводниковых систем на основе структур CdSe/CdS/ZnS/CdZnS (квантовых точек) и изучению возможности применения разработанного материала в качестве светокорректирующих материалов в сельском хозяйстве и люминесцентных дисплеев.

В условиях современных экономических реалий и необходимости импортозамещения исследуемая проблема представляется особенно актуальной. Установлено, что главным фактором, ограничивающим фотосинтетическую продуктивность зеленого растения, является количество квантов света солнечного излучения, поглощаемого зеленым листом. Физиологические процессы в растениях совершаются за счет солнечной радиации, поглощаемой в области 400-750 нм. Добавка интенсивности излучения в спектральной области 600-700 нм позволяет увеличить урожайность на 30-70%, снижая при этом сроки созревания. Этого можно добиться при помощи электрических источников света необходимого спектрального состава, которые будут работать 10-12 часов в сутки. При этом энергозатраты составляют от 100 Вт до 1 кВт электроэнергии на 1 м2 площади теплицы, а значит, данный подход становится экономически невыгодным. Однако, подобного эффекта можно достичь без затрат электроэнергии только за счет применения фотолюминесцентных пленок. Применение традиционных люминофоров, обладающих малой величиной стоксовского сдвига, нецелесообразно, т.К. они не в состоянии обеспечить процесс светоконверсии. Полученные же в данной работе квантовые точки состава CdSe/CdS/ZnS/CdZnS лишены практически всех указанных недостатков, а также хорошо смешиваются с полиолефиновыми матрицами. Разработка люминесцентного экрана предполагает использование для подсветки эффективную и экономичную матрицу на основе синих светодиодов. Использование материалов с квантовыми точками позволяет получить более яркие тона и более широкий цветовой охват, увеличивает экономичность до 50% по сравнению с традиционным жидкокристаллическим дисплеями.

В ходе реализации данного Проекта проведен анализ современных теоретических и практических направлений в области создания флуоресцирующих полимерных пленок на основе термопластичных полиолефинов и коллоидных полупроводниковых систем на основе структур CdSe/CdS/ZnS/CdZnS (квантовых точек). Были получены экспериментальные образцы флуоресцирующих пленочных материалов на основе полиолефинов и квантовых точек состава CdSe/CdS/ZnS/CdZnS, которые могут применятся как укрывные флуоресцирующие материалы, так и быть пригодными для использования в люминесцентных экранах и мониторах, по разработанным оригинальным методикам. Данные экспериментальные образцы были испытаны на фотостабильность, светостойкость, были оценены их механические свойства и абсолютное значение квантового выхода по разработанным оригинальным методикам. Исследования показали, что экспериментальные образцы флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов и квантовых точек состава CdSe/CdS/ZnS/CdZnS с использованием суперконцентрата обладают максимумом пика люминесценции 615±15 нм, квантовым выходом порядка 50-65%, модулем упругости не менее 120 МПа, относительным удлинением порядка 120-130%, плотность материала соответствует значению 0,915±0,005 г/см³, а температура плавления - 130±°С. При облучении материала УФ-излучателем было выявлено, что его светостойкость составляет не менее 8760 часов. В случае экспериментальных образцов флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов и квантовых точек состава CdSe/CdS/ZnS/CdZnS, пригодных для использования в люминесцентных экранах и мониторах, было определено, что их пик люминесценции составляет 615±15 нм, квантовый выход – 50-55%, а уровень их фотостабильности не лимитирует срок эксплуатации материала. Также были проведены вегетационные опыты с использованием экспериментальных образцов флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов и квантовых точек состава CdSe/CdS/ZnS/CdZnS с использованием суперконцентрата. В ходе данных испытаний было выявлено, что использование экспериментальных образцов флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов и квантовых точек состава CdSe/CdS/ZnS/CdZnS с использованием суперконцентрата положительно влияет на рост парниковых культур. Для светокультуры Cucumis sativus гибрида «Престиж» наблюдалось существенное увеличение как суммарной урожайности (до 187%), так и увеличение содержания числа плодов (до 175%) и их средний вес на 145% по сравнению с контрольными опытами. Также наблюдалось увеличение содержания аскорбиновой кислоты и углеводов (на 120-160%). Для сорта Lactica sativa L «Латук» было установлено, что урожайность возросла от 130 до 155%, а содержание аскорбиновой кислоты увеличилось от 105 до 125% по сравнению с контрольным опытом. Продуктивность культуры Solánum lycopérsicum следующих сорта «Ля-ля-фа» (гибрид F1) возросла до 150%, также существенно возросли высота растений, число листьев, суммарная площадь листьев, содержание пигментов. Также в ходе вегетационных опытов было выявлено, что наиболее эффективными оказались экспериментальные образцы флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов и квантовых точек состава CdSe/CdS/ZnS/CdZnS с использованием суперконцентрата с содержанием фотоактивного компонента порядка 2,0 мг/г.

Проведены: аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей исследуемую научно-техническую проблему, и патентные исследования, теоретические исследования состояния исследуемой проблемы и вариантов возможных решений, поставленных задач, выбор и обоснование направления исследований, методов и средств изучения свойств и структуры покрытий. Разработаны лабораторные методики изготовления квантовых точек на основе коллоидных полупроводниковых материалов состава CdSe/CdS/ZnS/CdZnS в виде стабильной дисперсии в неполярном растворителе и суперконцентрата квантовых точек на основе полиолефинов, используемых в производстве флуоресцирующей пленки, получены соответствующие образцы. Изучена эффективность действия разработанных флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов, содержащих квантовые точки на продуктивность ряда парниковых сельскохозяйственных культур. Проведены вегетационные опыты с использованием флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на с целью уточнения эксплуатационных характеристик и выработки рекомендаций по применению. Разработаны методики изготовления флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе квантовых точек и полиолефинов и флуоресцирующих пленочных материалов на основе полиолефинов и квантовых точек, пригодных для использования в люминесцентных экранах и мониторах, получены соответствующие образцы. Разработана методика измерения значений квантовых выходов фотолюминесценции, проведены соответствующие измерения. Разработана методика исследовательских испытаний флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов, содержащих квантовые точки, и флуоресцирующих пленочных материалов на основе полиолефинов, содержащих квантовые точки, пригодных для использования в люменисцентных экранах и мониторах, на фотостабильность и проведены испытания. Разработана методика исследовательских испытаний флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов, содержащих квантовые точки на механические свойства, проведены испытания. Разработана методика исследовательских испытаний флуоресцирующих укрывных пленочных материалов на основе полиолефинов, содержащих квантовые точки на светостойкость и проведены испытания. Разработаны лабораторные регламенты получения флуоресцирующих укрывных пленочных материалов и флуоресцирующих пленочных материалов, пригодных для использования в люминесцентных экранах и мониторах. Разработанные методики и регламенты являются уникальными, позволяющими получить продукцию, имеющую актуальное, с учетом нынешней политической и экономической обстановки, применение в сельском хозяйстве для повышения урожайности тепличных культур, а также для использования в люминесцентных экранах и дисплеях (такие разработки практически не имеют аналогов в мире). Синтезированные квантовые точки, соответствуют техническому заданию, обладают длинной волны люминесценции 600 - 650 нм, содержание квантовых точек в суперконцентрате составляет 1%. Достигнута полная совместимостьоптически активного компонента с полиолефиновой матрицей.Полученные экспериментальные образцы полимерных пленочных материалов являются новым поколением флуоресцентов, не имеющие аналогов на территории России и за рубежом, и соответствуют техническому заданию.

Области применения полученных результатов: а) Сельское хозяйство - для повышения урожайности тепличных культур. Повышение урожайности тепличных сельскохозяйственных культур является важной народохозяйственной задачей. В условиях современных экономических реалий и необходимости импортозамещения эта проблема представляется особенно актуальной. б) Разработка люминесцентных экранов и дисплеев. В этой области применения квантовых точек можно выделить два следующих направления: 1) использование электролюминесцентных свойств и связанная с этим разработка соответствующих светодиодов и 2) использование фотолюминесцентных свойств квантовых точек. В настоящей работе исследуется вторая из указанных возможностей. Разработка такого экрана предполагает использование для подсветки эффективную и экономичную матрицу на основе синих светодиодов. Это позволяет получить более яркие тона и более широкий цветовой охват, увеличивает экономичность до 50% по сравнению с традиционными жидкокристаллическими дисплеями. Предполагается, что разработанные нами продукты имеют большие перспективы коммерциализации. Потенциальными потребителями разработанных материалов и технологий являются: тепличные хозяйства Средней полосы и Юга России, заинтересованные в повышении эффективности и рентабельности; индивидуальные и приусадебные хозяйства, заинтересованные в повышении урожайности; производители укрывных материалов сельскохозяйственного назначения; производители дисплеев и люминесцентных экранов.