Lớp phủ màng mỏng được chế tạo từ europium, một nguyên tố thường được sử dụng cho các thanh điều khiển trong lò phản ứng hạt nhân do khả năng hấp thụ neutron.

Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Hokkaido ở Nhật Bản, công nghệ này có thể cải thiện tốc độ tăng trưởng của cây trồng, có tiềm năng góp phần giải quyết những vấn đề cung cấp thực phẩm toàn cầu.

Trong quá trình quang hợp, thực vật chuyển đổi ánh sáng nhìn thấy thành năng lượng. Nhưng ngoài ánh sáng nhìn thấy, ánh sáng mặt trời còn chứa ánh sáng tia cực tím (UV). Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu cung cấp cho cây trồng thêm ánh sáng nhìn thấy nhằm tăng cường hiệu suất trong quá trình quang hợp bằng phương pháp, sử dụng vật liệu chuyển đổi bước sóng (WCM) để chuyển đổi ánh sáng UV thành ánh sáng đỏ.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một vật liệu WCM trên cơ sở tổ hợp europium, tạo ra một lớp phủ màng mỏng có thể được phủ lên các tấm vải nhựa, đang có bán sẵn trên thị trường. Lớp phim mỏng phủ trên vải nhựa sẽ chuyển đổi ánh sáng UV thành ánh sáng đỏ.

 Màng mỏng phim chuyển đổi ánh sáng cực tím thành ánh sáng đỏ, tăng cường quang hợp cho cây trồng. Ảnh E&T.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh được tấm phim WCM chuyển đổi ánh sáng UV thành ánh sáng đỏ, mà phim không chặn bất kỳ ánh sáng nhìn thấy nào có lợi từ nguồn sáng mặt trời.

Nhóm nhà khoa học đã sử dụng màng mỏng phim để thử nghiệm, so sánh sự phát triển của thực vật bằng phương pháp sử dụng những tấm nhựa có và không có lớp phủ WCM.

Các thử nghiệm đã được tiến hành với cây cải cầu vồng (chard) Thụy Sĩ, cây rau và cây thông Nhật Bản. Mùa hè, khi ngày dài và bức xạ mặt trời mạnh, không có sự khác biệt đáng kể nào đối với cải cầu vồng Thụy Sĩ khi sử dụng phim.

 Thử nghiệm sử dụng lớp phim lọc ánh sáng tia cực tím thành ánh sáng đỏ với sự tăng trưởng của thực vật. Ảnh E&T

Nhưng vào mùa đông, khi ngày ngắn hơn và ánh sáng mặt trời yếu hơn, những cây cải cầu vồng Thụy Sĩ, được trồng bằng màng WCM cho thấy chiều cao cây lớn hơn 1,2 lần, sinh khối lớn hơn 1,4 lần sau 63 ngày. Nhóm nghiên cứu cho rằng, sự tăng trưởng nhanh chóng này là do được gia tăng cung cấp ánh sáng đỏ, chuyển hóa từ ánh sáng cực tím qua các phim WCM cung cấp.

Những thử nghiệm liên quan đến cây thông Nhật Bản cũng cho thấy tốc độ tăng trưởng nhanh. Cây con cho thấy tốc độ tăng trưởng tương đối cao hơn trong bốn tháng sinh trưởng ban đầu, đường kính thân lớn hơn 1,2 lần và tổng sinh khối lớn hơn 1,4 lần so với cây được trồng không có lớp phủ WCM.

Vấn đề quan trọng là sử dụng tấm nhựa có lớp phủ WCM giúp cây con đạt được kích thước tiêu chuẩn để trồng trong lâm nghiệp Hokkaido trong vòng một năm. Thực nghiệm đã chứng minh được, sử dụng màng WCM có thể rút ngắn thời gian sinh trưởng của cây con từ 2 năm xuống 1 năm, cho thấy khả năng sản xuất cây trồng sẽ tiết kiệm chi phí nhiều hơn.

Nhóm nghiên cứu cho biết, công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc giải quyết an ninh lương thực ở những vùng khí hậu lạnh. Tấm màng WCM không yêu cầu bất kỳ nguồn điện nào để hoạt động.

Tác giả chính Sunao Shoji cho biết: “Sử dụng một lớp phủ vật liệu thay đổi bước sóng, chúng tôi đã thành công tạo ra một màng mỏng trong suốt làm tăng cường ánh sáng quang hợp và chứng minh khả năng tăng tốc độ phát triển cây trồng.

“Bằng cách thiết kế hợp lý ion phát sáng, chúng tôi có thể tự do điều khiển màu chuyển đổi của ánh sáng phát ra thành những màu khác như xanh lá cây hoặc vàng, có thể tạo ra các màng chuyển đổi bước sóng được tối ưu hóa cho những loại thực vật khác nhau. Đặc điểm này mở ra một con đường phát triển lớn trong tương lai cho kỹ thuật nông nghiệp và lâm nghiệp thế hệ tiếp theo.”