學習向日葵並提高太陽能集熱器效率

草根影響力新視野 編譯/陝紅宇

向日葵的莖全天都在移動，因此無論花處於天空的什麼地方，它們的花冠都始終正對著太陽。這種向光性（Foh-toh-TROAP-ism）有助於植物吸收最多的陽光。科學家到目前為止很難用合成材料複製這種能力。

不過最近加利福尼亞大學洛杉磯分校的研究人員開發了一種具有相同類型太陽追蹤能力的材料，叫做光致變色材料。

當這種材料的形狀變成桿狀時，它們的所謂SunBOT就可以像微型向日葵莖一樣移動和彎曲。這樣一來，它們就可以捕獲大約90％的太陽光能（當太陽以75度角照在它們身上時）。這是當今最佳太陽能系統的三倍多。

向日葵是何喜民和她的團隊靈感來源。雖然其他科學家已經製造出可以彎向光的物質，但那些材料只是停在一個隨機的位置。它們不會移動到最佳位置以捕捉太陽光線，然後停留在那裡直到需要再次移動為止。 新的SunBOT可以，而且整個過程幾乎同時發生。

在測試過程中，科學家們從不同角度和不同方向將光指向桿，他們還使用了不同的光源，例如激光筆和模擬陽光的機器。無論他們做了什麼，SunBOT都照著做。他們朝著燈彎腰，然後在燈停止移動時停下來，這些全部靠自己。

如何製造SunBOT

SunBOT由兩個主要部分製成。一是納米材料，它由十億分之一米大小的材料製成，可通過加熱對光做出反應。研究人員將這些納米比特嵌入到一種稱為聚合物的東西中，聚合物是由較小化學物質的長鏈結合而成的材料。她的團隊選擇的聚合物在加熱時會自動收縮，聚合物與納米比特一起會形成桿。

當她的團隊將光線照射在其中一根桿上時，面向燈的那一側會變熱並收縮，這使桿向光束彎曲。一旦桿的頂部直接指向燈光，桿的下側就會冷卻，彎曲停止。

她的團隊使用少量金塊和水凝膠製作了第一個版本的SunBOT，但是她們發現還可以用許多其他方法來製造SunBOT。例如，用黑色材料的微小碎片代替黃金；用一種會在變熱時熔化的塑料來代替凝膠。

這意味著科學家現在可以根據自己的用途將這兩個主要部分混合併匹配。例如，用水凝膠製成的產品可能在水中起作用，用黑色納米材料製成的SunBOT比用黃金製成的SunBOT便宜。

小SunBOTs帶來更美好的未來

UCLA的何喜民教授設想，SunBOT可以排成一行以覆蓋整個表面，例如太陽能電池板或窗戶。她說，這種毛茸茸的塗層將像迷你向日葵森林。

用SunBOT塗層表面可能會解決太陽能中最大的問題之一。當太陽在天空中移動時，靜止的東西（例如牆壁或屋頂）卻無法收穫太陽能。這就是為什麼即使是當今最好的太陽能電池板也只能捕獲約22％的太陽光。一些太陽能電池板可能會在一天中旋轉以跟隨太陽，但是移動它們需要很多能量。相比之下，SunBOT可以獨自面對所有光線，並且不需要額外的能量即可做到。

伯克利的李說，通過跟蹤太陽，SunBOT可以吸收幾乎所有太陽光，這是他們取得的重大成就。何喜民認為，未來終有一天不動的太陽能電池板可以會通過用SunBOT森林覆蓋其表面來完成升級工作。

資料來源：https://www.sciencenewsforstudents.org