在智慧农业系统中，植物照明和温度传感起着至关重要的作用。在人造光植物工厂(PFAL)中，LED由于具有出色的发光效率、可持续的发光时间、可调的光学特性以及与植物吸收的光谱匹配通常被用作植物光源，使植物能够实现充足和稳定的光合作用。然而，通常用于LED封装的环氧树脂作为一种石油基材料通常具有热稳定性差、抗老化性能弱、抗脆性低和不可降解等问题。与此同时，植物光合作用系统极易受到低温等非生物胁迫的影响，导致产量降低。开发高灵敏度的温度传感器以促进智慧农业系统中的温度检测目前仍然是研究重点。因此，考虑到智慧农业植物照明和温度传感研究的现状，从可持续发展的角度来看，设计和制造具有可调谐发光特性、柔韧性、生物降解性、可回收性以及适合大规模生产等集合特性的创新、一体化多功能发光薄膜提出了重大挑战。

  近期，中国地质大学（北京）米瑞宇副教授、刘艳改教授联合武汉大学陈朝吉教授团队采用细胞壁工程，通过自上而下的策略成功构建了用于植物生长照明和光学测温的集成化可回收透明发光木质薄膜(LTWF)。具体来说，利用高分子聚合物，纤维素以及荧光材料有机无机协同形成的氢键和自键制备了可回收发光透明木膜。其在紫外线激发下表现出蓝光和红光双波段的荧光发射并与植物生长所需的植物色素匹配良好。同时，该发光薄膜的双波段发射具有截然不同的热响应光谱信号，可以提高光学温度传感的灵敏度。在此研究中，聚合物PVA由于具有与纤维素匹配良好的折射率、环保性、生物降解性等优点被选为渗透聚合物。基于此，LTWF表现出优异的生物降解性，木质纤维素和PVA可以被土壤中的水和微生物自然降解成为PFAL的肥料来源，展现出一个有吸引力的生态闭环。此外，通过将报废的LTWF溶解在水溶液中进行超声得以回收脱木素木材框架和均匀的PVA/荧光粉溶液以供再循环利用，从而为循环经济提供了一条新的道路。该研究工作有望助力可持续智慧农业系统的发展以及相关领域的进步提供新的策略与解决方案。相关研究成果以“Toward Recyclable, Luminescent Transparent Wood Film via Synergistic Light Responses of Lignocellulose and Phosphors for Plant Growth Lighting and Optical Thermometer”为题发表在《Advanced Functional Materials》。中国地质大学（北京）22级硕士生陈欢、武汉大学博士陈俊青为论文共同第一作者，中国地质大学（北京）米瑞宇副教授、刘艳改教授和武汉大学陈朝吉教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和中国科协青年人才托举工程项目的支持。

图1基于木质纤维素和荧光粉的协同光响应的LTWF的制造、降解和回收以及它们在植物照明和光学热传感器中应用的示意图。

图2 LTWF的结构和化学表征

图3 LTWF的光学特性及其在植物照明中的应用

  在这项工作中，基于木质纤维素蓝光发射和荧光粉红光的协同光响应，可以实现具有双发射带的暖白光发射。具体来说，半峰宽FWHM = 120 nm的宽蓝色发射源于木质纤维素中存在刚性构象，而红色发射归因于Eu²⁺的4f-5d跃迁。同时，LTWF的双波段发射可以与植物叶绿素、类胡萝卜素和光敏色素Pr的吸收带完美重叠，这表明其在植物生长照明应用的潜力很大。因此，所得LTWF的封装LED具有良好的性能，包括Ra = 86.4和CCT = 4968 K。

图4 LTWF的光学温度传感性能

  进一步，研究了LTWF的热稳定性，发现双波段发射之间存在不同的热响应。因此，通过荧光强度比技术(FIR)评估了其在植物的非侵入式热传感应用的可能性。S_a的和S_r在423 K时分别达到0.642%/K和0.447%/K，具有较高的灵敏度，展示出较高的应用潜力。

图5 LTWF的回收过程和可循环性

  将使用后的LTWF在水溶液中回收，在超声辅助下木材管腔结构中 PVA、荧光粉和纤维素之间的氢键被抢先解离。随后，脱木质素框架结构和PVA分子链之间相互作用的减少导致PVA链的滑动。PVA在水分子和PVA分子链之间形成氢键后完全溶解。表现出该薄膜优异的回收特性。进一步，将回收框架按照相同的过程再次制造，其表现出蓝色和红色发射带的完美可还原性。此外，LTWF可以在自然环境土壤中生物降解，并通过为PFAL中的植物生长提供养分来参与碳循环。

  总结：本研究通过木质纤维素和功能荧光粉的协同光响应，采用自上而下的策略创新性的构建了可回收的集成化发光木质薄膜，其具有蓝光-暖白光-红光的光学可调性并与植物生长所需的光敏色素光谱完美重叠，因此能够作为植物生长照明的绿色光源；同时，该薄膜双波段发射波长存在不同的热响应现象，基于FIR策略其具有在植物的非侵入式热传感中的应用潜力。这一工作为可持续智慧农业系统的发展以及相关领域的进步提供新的策略与解决方案。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202423874