Balsa ağacının hücre yapısı enerji üretimi için yeniden tasarlandı

Çinli bilim insanları, balsa ağacının hücresel yapısını nano düzeyde değiştirerek güneş ışığını emen, ısı depolayan ve karanlıkta da elektrik üretimini sürdürebilen bir malzeme geliştirdi. Araştırmacılar, ağacı dayanıklılığından çok ısıyı yönlendiren ve bileşenleri sabit tutan doğal mikro kanal yapısı nedeniyle tercih etti.

Üretim sırasında ahşaba sertlik ve rengini veren lignin uzaklaştırılarak gözeneklilik yüzde 93’ün üzerine çıkarıldı. Kanal duvarları, ultraviyole, görünür ve kızılötesi ışınları ısıya dönüştüren ince siyah fosforen tabakasıyla kaplandı; tabakalar oksidasyona karşı tannik asit ve demir iyonlarından oluşan moleküler bir kalkanla korundu. Malzeme, 150 günlük güneş ışığı maruziyetinin ardından stabilitesini korudu.

Işık emilimini artırmak için yapıya gümüş nanopartiküller eklendi. Yüzeye aşılanan uzun hidrokarbon zincirleri malzemeye 153 derecelik temas açısına sahip, su itici bir özellik kazandırırken kanallar, ısı depolayan ve gerektiğinde serbest bırakan stearik asitle dolduruldu.

Malzeme, kilogram başına yaklaşık 175 kJ ısı depoladı ve güneş ışığının yüzde 91,27’sini kullanılabilir ısıya dönüştürdü. Isıyı ahşap lifleri boyunca yaklaşık 3,9 kat daha verimli iletti; termoelektrik jeneratörle birleştirildiğinde standart güneş ışığı altında 0,65 V’a kadar elektrik üretti.

Güneş ışığıyla eriyen stearik asit, karanlıkta depoladığı ısıyı kademeli olarak serbest bırakıyor. Böylece jeneratördeki sıcaklık farkı korunuyor ve elektrik üretimi ışık kaynağı ortadan kalktıktan sonra da sürüyor.

Malzeme, 100 ısıtma ve soğutma döngüsünün ardından özelliklerini korudu; yanmaya karşı direnç göstererek iki dakika içinde kendi kendine söndü. Araştırmacılar tasarımın yangına dayanıklı, su itici ve antimikrobiyal özelliklerinin açık havada toz ve mikroplardan kaynaklanan performans kaybını önlediğini belirtti.

Tasarımın elektronik cihazlarda ısı düzenlemesi, yapı malzemelerinde enerji verimliliği ve küçük otonom enerji sistemlerinin desteklenmesi gibi alanlarda kullanılabileceği ifade edildi. Ancak katmanlı yapının korunarak malzemenin büyük ölçekte üretilmesi zorluk oluşturuyor.