国家科学技术奖：“LED智能植物工厂技术”与“聚集诱导发光”获奖

高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成

主要完成人

杨其长   魏灵玲   宋卫堂   周增产   刘文科

郭文忠   张国义   程瑞锋   李    琨   李成宇

主要完成单位

中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

中国农业大学

北京大学东莞光电研究院

北京农业智能装备技术研究中心

北京中环易达设施园艺科技有限公司

北京京鹏环球科技股份有限公司

四川新力光源股份有限公司

部分证书

该项目所突破的关键技术包括：

先提出植物“光配方”概念并阐明其理论依据，创制出基于光配方的LED节能光源及其光环境调控技术。基于植物光合对不同光谱的响应特征，率先提出了植物“光配方”概念，构建了典型作物不同生育期的光配方优化参数。创制出基于光配方的红光（660nm）与蓝光（450nm）芯片组合式、蓝光芯片与荧光粉激发式多光谱组合 （R／G／B／FR） LED节能光源；研发出基于植株发育特征的移动式LED光源及其光环境调控技术，显著降低光源能耗。与荧光灯相比，节能率达62％以上。

首次提出植物工厂光－温耦合节能调温方法，发明了基于室外冷源与空调协同调温的节能调控技术。基于夜晚室外空气含有冷源、光期空调降温能耗高的现实，首次提出将光期置于夜晚、引进室外自然冷源降温的“光－温耦合节能调温”方法，发明了基于室外冷源与空调协同调温的植物工厂节能环境调控技术装备，显著降低空调能耗。与传统空调降温相比，节能率达24．6－63．0％。

发明了UV－纳米TiO2营养液协同处理技术和采收前短期连续光照提升蔬菜品质方法，研发了基于光－营养协同调控的蔬菜品质提升技术。发明了UV－纳米TiO2协同处理营养液自毒物质的技术方法，首次提出采收前短期连续光照调控蔬菜品质新技术，探明了提升蔬菜品质的光环境优化参数及调控策略，降低叶菜硝酸盐含量达30％以上，并显著提高了Vc和可溶性糖含量。

研发出植物工厂光效、能效与营养品质提升的环境－营养多因子协同技术，集成创制出3个系列的智能LED植物工厂成套产品。探明了基于光配方、光－温耦合与营养品质提升等多因子协同调控的逻辑控制策略及算法，研制出基于物联网的植物工厂智能化管控技术，实现对植物工厂温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液EC、pH、DO等要素的在线检测、远端访问、程序更新及网络化智能管控。集成创制出3个系列的智能LED植物工厂成套技术产品：规模量产型、可移动型、家庭微型植物工厂。

聚集诱导发光

主要完成人

唐本忠   秦安军   董宇平   李    振   孙景志

主要完成单位

香港科技大学

浙江大学

北京理工大学

唐本忠（图片来源：大公网）

聚集诱导发光（aggregation－induced emission， AIE）项目制备了系列AIE分子体系，完善和丰富了AIE的理论，开发了AIE分子的高新技术应用。通过合理的分子设计，获得了多个器件性能良好的蓝光、深蓝光的AIE分子，为高效蓝光分子的设计提供了一条行之有效的途径；实现了对CO2“点亮型”定量检测以及铝离子等金属离子的痕量检测；实现了对葡萄糖特异性检测以及对特定细胞系的生长监控。

聚集诱导发光的发现及机理

AIE材料最显著的优势是其在聚集态下的高效发光。据唐本忠介绍，“聚集诱导发光”材料还从原理层面上扭转了传统有机发光材料发光猝灭（ACQ），即材料从单个分子上看是发光的，但是聚合在一起后亮度减弱甚至不发光的问题，实现了单个分子不发光，但是聚合在一起后发光。

唐本忠表示，除了制成可折叠手机屏幕外，“聚集诱导发光”技术可以像X光，CT一样在医疗基本诊断，以及治疗癌症等多个方面发挥作用，前景广阔，大有可为。根据资料介绍，经过16年的发展，AIE材料几乎在众多发光材料领域得到应用，如作为对刺激（pH、温度、溶剂、压力等）特异性响应与可逆性传感的智能材料、可调谐折射率的液晶或偏振光材料、高效率的OLED显示和照明材料、光波导材料、选择性生化传感材料、痕迹识别型材料以及在生物体系中的细胞器、病毒或细菌、血管成像材料等。其中，AIE荧光探针在细胞器特异成像和长效追踪等领域的应用备受期待。