來自中國的科研團(tuán)隊開發(fā)出一種新型人造樹葉，該樹葉能夠像真實樹葉一樣追蹤太陽的運動軌跡，并具備高效生產(chǎn)電力及分解水制取氫氣和氧氣的能力。
該新型人工樹葉采用了柔性太陽能電極，并覆蓋了一層保護(hù)性凝膠涂層。同時，樹葉內(nèi)部嵌入了碳納米管，這些納米管被嵌入到一種對溫度敏感的聚合物中。當(dāng)樹葉暴露在陽光下時，碳納米管會局部受熱，導(dǎo)致聚合物收縮，而未直接暴露在陽光下的部分則保持膨脹狀態(tài)，從而使樹葉向光源“彎曲”。這種機制無需借助馬達(dá)或其他設(shè)備，即可自動面向光源，其原理類似于植物追蹤太陽的方式。
在《先進(jìn)功能材料》期刊上發(fā)表的相關(guān)論文中，研究人員指出，這種新型人工樹葉相較于傳統(tǒng)剛性系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢。例如，在 45 度角的光照條件下，該設(shè)備的水分解效率比傳統(tǒng)系統(tǒng)高出 47%；當(dāng)光照角度為 90 度時，其追蹤系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氣和氧氣量比傳統(tǒng)系統(tǒng)高出 866%。
據(jù)IT之家了解，該樹葉采用了一種新的制造技術(shù)，將光活性材料沉積在輕質(zhì)塑料上，而非傳統(tǒng)的玻璃。研究人員還利用水凝膠涂層制造了植物細(xì)胞質(zhì)的人工復(fù)制品。這種涂層具有透氣性，允許水分進(jìn)入讓并“廢氣”逸出系統(tǒng)。在連續(xù)運行 65 小時后，樹葉的光電極（用于分解水的裝置）仍保持了 73% 的活性。
此外，受自然啟發(fā)的人工樹葉在水下環(huán)境中表現(xiàn)出色，而傳統(tǒng)太陽能電池板和其他人工樹葉在水下往往難以正常工作。研究人員表示，新型樹葉能夠通過完全分解水穩(wěn)定地生產(chǎn)氫氣和氧氣，且產(chǎn)物分別集中在電極上。
盡管成果令人振奮，但科研團(tuán)隊指出，該技術(shù)在規(guī)模化應(yīng)用前仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，碳納米管結(jié)構(gòu)元件在多次追蹤循環(huán)后性能會逐漸下降，這嚴(yán)重影響了光追蹤響應(yīng)時間。此外，風(fēng)和水流在實際應(yīng)用中可能會對樹葉的運動和效率產(chǎn)生顯著影響。
