本文來自微信公眾號(hào)：環(huán)球零碳，編輯：小瀾，作者：環(huán)球零碳研究中心

大家對(duì)太陽(yáng)能光伏板并不陌生，但你聽說過能吸收陽(yáng)光、儲(chǔ)存熱量且在無光時(shí)持續(xù)發(fā)電的“太陽(yáng)能木材板”嗎？

近期，昆明理工大學(xué)與廣東工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)能源材料》期刊發(fā)表研究成果：通過納米級(jí)改造常見輕質(zhì)木材板，成功研發(fā)出集吸光、儲(chǔ)熱、自清潔、防火、抗菌于一體的復(fù)合木材，無需依賴硅基材料即可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能利用，甚至在陽(yáng)光消失后仍能依靠?jī)?chǔ)存的熱量發(fā)電。

該團(tuán)隊(duì)采用無碳化、界面工程策略，利用輕木的多孔結(jié)構(gòu)制備多功能復(fù)合相變材料，解決了傳統(tǒng)太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換材料加工能耗高、環(huán)境適應(yīng)性差的問題，證實(shí)了木材可成為完整高效的太陽(yáng)能熱能收集平臺(tái)。

圖說：太陽(yáng)能-熱能轉(zhuǎn)換的界面工程木基設(shè)計(jì)

為何選擇輕木開發(fā)光熱平臺(tái)？

輕木（巴沙木）質(zhì)地輕且結(jié)構(gòu)牢固，是航空等領(lǐng)域的寶貴材料，其橫截面的微管結(jié)構(gòu)（直徑20-50微米）既利于導(dǎo)熱，又可作為“儲(chǔ)物間”。但天然木頭存在反光、吸水的缺點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)先去除木質(zhì)素，保留纖維素，使木材孔隙率升至93%以上，形成“納米海綿”狀結(jié)構(gòu)，微管骨架完好。

關(guān)鍵步驟是對(duì)微管內(nèi)壁進(jìn)行“化學(xué)裝修”：以黑磷烯二維納米片為核心材料，它能吸收紫外線到紅外線的全波段陽(yáng)光并高效轉(zhuǎn)熱，且具阻燃性；為解決黑磷烯易氧化問題，用單寧酸和鐵離子構(gòu)建“金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)（MPN）”分子屏障，既防氧化（暴曬150天穩(wěn)定），又增強(qiáng)光吸收。

圖說：滴鑄黑磷烯納米片（BPNS）和金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)（MPN）后的木材示意圖

為提升吸光能力，團(tuán)隊(duì)在涂層中原位還原銀納米顆粒，利用“局域表面等離子體共振”增強(qiáng)光與材料的相互作用；還在表面接疏水長(zhǎng)鏈烴基，使水滴接觸角達(dá)153°，實(shí)現(xiàn)自清潔，同時(shí)銀離子具抑菌性，避免潮濕環(huán)境發(fā)霉。

圖說：微觀結(jié)構(gòu)疏水性和自清潔功能示意圖

改造后的木頭骨架填充硬脂酸（生物基相變材料）：受熱熔化吸熱儲(chǔ)能，冷卻凝固放熱釋能。該“太陽(yáng)能木材板”儲(chǔ)熱密度達(dá)175 kJ/kg，光熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)91.27%。

圖說：填充硬脂酸后的木基光熱平臺(tái)微觀結(jié)構(gòu)

將其貼在熱電發(fā)電機(jī)上，模擬太陽(yáng)光下輸出電壓0.65伏，可驅(qū)動(dòng)小功率傳感器；移走光源后，儲(chǔ)存的熱量仍能維持溫差，延續(xù)電力輸出。此外，它經(jīng)100次熔凝循環(huán)性能無衰減，遇明火兩分鐘自熄，超疏水和抗菌特性保障戶外長(zhǎng)期使用。

這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于保留木材可持續(xù)屬性的同時(shí)賦予其多功能性，但從實(shí)驗(yàn)室到應(yīng)用仍需解決發(fā)電功率優(yōu)化、大規(guī)模生產(chǎn)等問題。未來應(yīng)用場(chǎng)景廣闊，可用于離網(wǎng)小型供電、建筑節(jié)能、電子熱管理等，還可拓展至其他生物質(zhì)和納米材料，推動(dòng)新一代自主能源管理太陽(yáng)能系統(tǒng)的發(fā)展，有望讓房屋外墻、家具等成為“智慧能源系統(tǒng)”。

圖說：小木塊可作為模塊化熱單元實(shí)現(xiàn)光能-熱能-電能轉(zhuǎn)化，靈活組裝擴(kuò)大規(guī)模

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Reference：

[1]https://interestingengineering.com/energy/wood-converts-sunlight-into-heat

[2]https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.70872