В ИТМО предложили новый способ ускорить рост растений

Многие видели в окнах домов яркое розовое свечение – это специальные лампы, которые используют владельцы комнатных растений, чтобы их цветы не испытывали недостатка в свете. Похожими лампами пользуются и фермеры, устанавливая их в теплицах. Однако специалисты в области светофизиологии утверждают, что такие лампы не дают всего необходимого растениям света.

Ученые ИТМО совместно с коллегами из Томского политехнического университета предложили создавать светильники с использованием стеклокерамики с добавлением хрома. Работа выполнена в рамках гранта РНФ, результаты опубликованы в журнале Optical Materials.

Все чаще овощи, фрукты, ягоды и цветы выращиваются не в открытом грунте, а в теплицах, больше напоминающих заводские ангары. Здесь растениям не страшны ни град, ни засуха, ни заморозки. Однако фермерам, использующим такие теплицы, необходимо максимально компенсировать отсутствие естественного солнечного освещения. Высокотехнологичные сельхозпроизводства решают эту проблему при помощи светодиодов. При этом для освещения используется розовый свет, который получается в результате одновременного использования синего и красного светодиодов.

«Ученые выяснили, что такой свет не оптимален, — рассказывает ассистент факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО Анастасия Бабкина, — дело в том, что красный диод светит в области около 650 нанометров — при этом спектр у него узкий, почти как у лазера. Растения лучше поглощают красный и инфракрасный свет не на длине волны в 650 нанометров, а на чуть большей, которая уже плохо видна человеку. Получается, что мы светим на растения удобным для нас светом, но не оптимальным для самих растений».

Таким образом, необходимо найти материал, который можно было бы использовать в светодиодных лампах так, чтобы они светили в более широком спектре, включая ИК-диапазон. Эту задачу взялась решить группа ученых, в которую вошли специалисты Университета ИТМО и Томского государственного политехнического университета.  В классических красных светодиодах используются материалы на основе соединений с марганцем и европием.

Именно микроскопические кристаллики этого химического элемента и заставляют диод излучать на длине волны около 650 нанометров, делая цвет красным, а в соединении с синим диодом — розовым. 
«Мы решили взять не другой кристалл, а стеклокерамику, — рассказывает Бабкина, руководитель научной группы, —это промежуточный материал между стеклом и кристаллом. В чем разница – кристаллы мы специальным образом растим, стекло же мы синтезируем методом варки, причем его можно производить много и быстро и придавать ему абсолютно любую форму.

Минус стекла в том, что оно хрупкое. Поэтому мы берем стекло и начинаем медленно его кристаллизовать, чтобы оно не потеряло прозрачность. В результате получаем стекло с расположенными внутри него микроскопическими кристалликами, невидимыми глазу. При этом прочность материала увеличивается, а люминесцентные свойства улучшаются. Такой материал и называется стеклокерамикой».

На стадии производства в стеклокерамику добавляется хром — он придает материалу розоватый оттенок, который позволяет излучать как красный, так и инфракрасный свет одновременно. Получившийся материал можно потенциально использовать двумя разными способами.

Первый — перемолоть таким образом, что получатся фрагменты размером с микрокристаллики. Их можно использовать при производстве нового вида светодиодов. Это открывает новые перспективы, но внедрение такой технологии требует больших денег и времени. Другой вариант — сделать из получившегося стекла плафоны.

«Мы можем взять зеленые и синие светодиоды и просто использовать нашу стеклокерамику в качестве фильтров, чтобы получить излучение в широком спектре, включая ИК-область», — заключает Бабкина.