太陽能技術有一個簡單卻棘手的弱點：陽光消失時，電力也就隨之中斷。即使是最先進的系統，也難以擺脫這一現實——無陽光即無電力。科學家多年來嘗試以熱能形式儲存太陽能，但高效實現一直充滿挑戰。大多數設計需疊加多種材料：一層吸收陽光、一層儲存熱能、再一層保護系統。這些層間界面往往造成能量損失。現在，研究人員提出全新方法，不再組裝多部件，而是將木材改造成一體化太陽能系統。
透過奈米尺度重塑其內部結構，他們創造出一種能吸收陽光、儲存熱能，並在光源消失後持續發電的材料。「我們的研究提供了一個可擴展且環保的木材基平台，用於先進太陽熱能收集，」研究團隊在論文中指出。
從內部重塑木材結構
研究團隊選用巴爾沙木材（balsa wood），並非因其強度，而是其獨特內部架構。在顯微鏡下，巴爾沙木材呈現一束對齊的微管，每根寬約 20–50 微米。這些通道可引導熱傳並容納材料，成為天然支架。然而，原始木材會反射陽光並吸收水分。因此，他們首先去除木質素（lignin），這一步令孔隙率超過 93%，暴露通道內密集的反應表面。想像將木材掏空，變成高孔隙海綿，但保留定向結構。
接著，他們未採用常見的碳化燒製，而是化學改性內表面。在通道壁塗上超薄黑磷烯（black phosphorene）片層，此材料橫跨紫外線、可見光及紅外線波長吸收陽光並轉化為熱能。相較碳材料，黑磷烯具阻燃特性，但易在空氣中降解。為解決此問題，他們以單寧酸和鐵離子包裹每片奈米片，形成金屬-多酚網絡，如分子護盾，阻擋氧化並透過電荷轉移提升光吸收。即使經歷 150 日太陽曝曬，塗層仍保持穩定。
團隊隨後添加銀奈米粒子，利用等離子體效應（plasmonic effects）強化光吸收。最後，在表面嫁接長烴鏈，令其極度防水，接觸角達 153°，水珠輕易滾落。支架準備就緒後，他們填充通道以硬脂酸（stearic acid）——一種生物基相變材料。加熱時融化儲能，冷卻時固化釋能。 下表列出材料關鍵規格： | 規格項目 | 性能數據 |
|———————–|—————————| | 熱儲存容量 | 每公斤約 175 kJ | | 太陽光轉熱效率 | 91.27% | | 沿木材紋理熱傳導效率 | 提升近 3.9 倍 |
| 與熱電發電機配對輸出 | 標準一陽照射下最高 0.65 V | | 穩定性 | 100 次加熱-冷卻循環後性能無顯著變化 | | 阻燃性能 | 2 分鐘內自熄 | 陽光照射時，材料升溫融化硬脂酸；光源移除後，儲熱逐漸釋放，維持熱電發電機溫差，持續產電。此設計整合阻燃、超疏水及抗菌特性，減低灰塵附著及微生物滋生，避免戶外性能衰退。
研究發表於《Advanced Energy Materials》。
