中國科研團隊近期公布了一項創新成果,他們成功研發出一種新型人造樹葉,這種樹葉不僅能模仿自然界中的葉子追蹤太陽軌跡,還具備高效轉換太陽能為電能及分解水制取氫氣和氧氣的能力。
該人工樹葉的核心在于其采用的柔性太陽能電極,表面覆蓋了一層特殊的保護性凝膠。更獨特的是,樹葉內部嵌入了碳納米管,這些納米管被精心嵌入到一種對溫度敏感的聚合物基質中。當陽光照射到樹葉上時,碳納米管會局部加熱,導致聚合物收縮,而未被陽光直射的部分則保持原狀,這種差異使得樹葉自然而然地朝向光源彎曲,整個過程無需任何外部動力裝置,展現了與植物向日性相似的智慧。
在相關科研論文中,研究人員詳細闡述了這一新型人工樹葉相較于傳統剛性系統的顯著優勢。實驗數據顯示,在45度斜射光條件下,該設備的水分解效率比傳統系統提升了47%;而當光線垂直照射(90度角)時,其追蹤系統產生的氫氣和氧氣量更是高出傳統系統866%,這一成果令人矚目。
該樹葉的制作工藝也采用了創新方法,將光活性材料直接沉積在輕質塑料基底上,而非傳統的玻璃材質,這不僅減輕了重量,還提高了靈活性。研究團隊還利用水凝膠涂層模擬了植物細胞質的結構,這種涂層具有良好的透氣性,既能保證水分進入,又能讓產生的“廢氣”順利排出系統。在長達65小時的連續測試中,樹葉的光電極仍保持了73%的初始活性,證明了其出色的耐用性。
更令人興奮的是,這種受自然啟發的人工樹葉在水下環境中同樣表現出色,而傳統的太陽能電池板和其他類型的人工樹葉在水下往往難以正常工作。新型樹葉能夠穩定地通過分解水產生氫氣和氧氣,且這兩種氣體分別聚集在電極的不同位置,便于收集和利用。
然而,盡管這一成果取得了顯著突破,科研團隊也坦誠地指出了技術規模化應用前面臨的挑戰。其中,碳納米管結構在多次追蹤循環后性能下降的問題尤為突出,這直接影響了光追蹤的響應速度。在實際應用環境中,風力和水流也可能對樹葉的運動狀態和效率產生不可忽視的影響。科研團隊表示,他們將繼續致力于解決這些問題,推動這項創新技術早日走向實用化。