Стеклокерамика в лампах для теплиц поможет ускорить рост растений

Стеклокерамика с хромом создаёт освещение с такими длинами волн, которые лучше всего подходят для растений.

Все знают, что без света растения просто не будут расти – энергия света нужна им для фотосинтеза, для создания углеводных молекул из неорганического сырья. Но свет бывает разный – синий, красный, зелёный и т. д., ну и белый, естественно, как сумма все цветов спектра. Если говорить о растениях, выращиваемых в теплицах, то стоит помнить, что белый свет не одинаково эффективен, если иметь в виду продуктивность разных видов растений.

Разным растениям нужно разное количество света в разных длинах волн. В северных регионах, где солнца мало, или оно может долго отсутствовать из-за дождей, высокой облачности и других факторов, нужно использовать в качестве досветки к природному белому свету светодиодные облучатели с доминированием синих и красных.

Но и комбинация синего и красного светодиодов в растениеводческих лампах тоже не оптимальна. По словам сотрудников Университета ИТМО, красный диод светит в области около 650 нанометров, и спектр у него узкий, почти как у лазера. Растения же лучше поглощают красный и инфракрасный (ИК) свет не на длине волны строго в 650 нанометров, а на чуть большей, которая уже плохо видима человеком. Получается, что мы светим на растения удобным для человека светом, но не оптимальным для самих растений.

Вместе с коллегами из Томского государственного политехнического университета исследователи решили найти материал, который можно было бы использовать в светодиодных лампах так, чтобы они светили в более широком спектре, включая ИК-диапазон. В классических красных светодиодах используются материалы на основе соединений с марганцем и европием. Именно микроскопические кристаллики европия и заставляют диод излучать на длине волны около 650 нанометров, делая цвет красным, а в соединении с синим диодом – розовым.

Чтобы изменить длину волны, было решено взять не другой кристалл, а другой материал – стеклокерамику, нечто промежуточное между стеклом и кристаллом. Если кристаллы специальным образом выращиваются, то стекло создают методом варки, причем его можно производить много и быстро, и придавать ему абсолютно любую форму. Стекло медленно кристаллизуют, чтобы оно не потеряло прозрачность, при этом внутри него остаются микроскопические кристаллики – в результате прочность стекла увеличивается, а люминесцентные свойства улучшаются. Такой материал и называется стеклокерамикой.

При производстве стеклокерамики в неё добавляют хром – он придаёт материалу розоватый оттенок, который позволяет излучать как красный, так и инфракрасный свет одновременно. Получившийся материал можно потенциально использовать двумя разными способами.

Во-первых, его можно перемолоть таким образом, что получатся фрагменты размером с микрокристаллик. Их можно использовать при производстве нового вида светодиодов, однако внедрение такой технологии требует больших денег и времени. Во-вторых, из получившегося стекла можно сделать плафоны, которые будут работать светофильтром для зелёных и синих светодиодов, создавая излучение в широком спектре.

Результаты исследований опубликованы в Optical Materials.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

По материалам пресс-службы ИТМО.