Как древесина научилась запасать солнечную энергию после заката

Сначала учёные перестроили внутреннюю структуру дерева на нано- и микроуровне, удалив природный лигнин, который служит клеем между волокнами. Это позволило получить пористый каркас с сетью открытых микроскопических каналов. Внутренние стенки этих каналов покрыли сверхтонкими листами чёрного фосфорена — материала, эффективно поглощающего солнечный свет в широком спектре и преобразующего его в тепло. Поскольку фосфорен быстро разрушается на воздухе, на него нанесли защитный слой из таниновой кислоты и ионов железа, а для усиления захвата света добавили наночастицы серебра. Завершающим штрихом стала водоотталкивающая пропитка, защищающая материал от гниения и сырости в любую погоду.

Полученную «умную» древесину пропитали стеариновой кислотой — биоразлагаемым воском, играющим роль фазопереходного материала. При нагревании воск плавится и накапливает тепловую энергию, а при остывании затвердевает и отдает её обратно. Важной особенностью конструкции стало то, что тепло в таком дереве движется преимущественно вдоль волокон, а не поперёк поверхности. Это ускоряет доставку энергии к внешнему термоэлектрическому генератору, где она превращается в электричество.

Испытания подтвердили высокую эффективность разработки. Под воздействием солнечного симулятора материал показал фототермическую эффективность 91,27%, то есть практически весь падающий свет превратился в полезное тепло. Модифицированная древесина способна запасать 175 килоджоулей энергии на килограмм массы. При подключении к термоэлектрическому преобразователю такая система выдавала напряжение до 0,65 вольта, доказывая возможность использования даже после заката.

Помимо энергетической эффективности, материал приобрёл повышенную стойкость к внешним угрозам. Гибридное покрытие не только защищает от бактерий, но и существенно снижает пожароопасность: скорость тепловыделения уменьшилась на 27,4%, а общее выделение тепла — на 31,2%. Эта работа предлагает масштабируемую и экологичную платформу на основе древесины для передового сбора солнечной тепловой энергии, приближая нас к решению проблемы круглосуточного использования солнца.