光转换型透明防水纤维素复合膜：实现光谱调控的绿色农膜新突破

【编辑推荐】为应对传统农膜不可降解污染和光谱利用率低的双重挑战，研究人员通过将蓝/红光碳量子点(B&R-CDs)嵌入再生纤维素(RC)膜并覆盖有机硅丙烯酸酯(SAE)防水层，开发出透光率达89.7%、光合光子通量密度(PPFD)提升4.7%的可降解复合材料，其拉伸强度达60MPa且112天完全降解，为可持续农业提供创新解决方案。

　　

随着全球人口激增引发的粮食危机日益严峻，提高作物单产成为关键对策。然而传统农业依赖化肥农药导致生态恶化，而石油基农膜更造成白色污染顽疾。阳光作为清洁能源本应助力作物生长，但植物仅能有效利用400-500nm蓝光和600-700nm红光，紫外线反而抑制光合作用。现有光转换膜虽能实现紫外光转化，但其不可降解特性与生态环境需求形成尖锐矛盾。

中国科学院理化技术研究所（注：根据资助项目"国家重点研发计划"推断）的Cuixia Wu等创新性地将蓝/红光双发射碳量子点(B&R-CDs)与再生纤维素(RC)复合，再通过有机硅丙烯酸酯(SAE)涂层实现防水，成功研制出兼具光谱调控与全降解特性的新型农膜。这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的研究，通过材料学与农业科学的交叉融合，为绿色农业提供了突破性解决方案。

研究团队采用溶剂浇铸法制备RC基膜，通过荧光分光光度计优化碳量子点掺杂浓度，利用旋涂技术构建SAE防水层。通过扫描电镜(SEM)观察膜表面形貌，紫外-可见分光光度计测试光学性能，万能试验机测定机械强度，并设置土壤埋藏实验验证降解性。

【结构表征】SEM显示SAE层使膜表面粗糙度显著降低，EDS元素分布证实CDs均匀分散。FT-IR谱图中1720cm^-1处出现SAE特征峰，XRD证明复合材料保持纤维素II晶型，这些结果为材料稳定性提供依据。

【光学性能】制备的SAE/B&R-CDs/RC膜可见光区平均透光率达89.7%，较无CDs膜提升4.7%PPFD。荧光光谱显示其在460nm和630nm处呈现双发射峰，完美匹配叶绿素吸收光谱，实现"紫外转蓝红"的光谱调控。

【机械与阻隔性能】材料展现60MPa拉伸强度和13.6%断裂伸长率，是商用LDPE膜的2.6倍。通过调节SAE层厚度，水蒸气透过率(WVTR)可在85-120g/m²·24h范围内精确调控，满足不同气候条件需求。

【降解性能】突破性发现在于：SAE涂层虽具防水性，但膜材料仍在112天内完全降解。土壤酶活性测试显示纤维素酶和漆酶持续升高，证实其通过微生物作用实现生态循环。

该研究开创性地将碳量子点的光转换特性与纤维素的可降解性相结合，通过SAE涂层解决传统纤维素膜易水解的缺陷。所获材料不仅实现光谱精准调控，更突破性地兼顾机械强度与快速降解特性，其112天降解周期远低于石油基塑料的百年降解时限。研究团队建立的"分子设计-界面调控-性能优化"技术路线，为发展功能化生物基材料提供了普适性策略。这项成果标志着农业薄膜从"高污染"向"功能化-可降解"双优模式转变的重要里程碑，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的负责任消费与生产具有深远意义。