美國科學家研發木材基熱調節材料助力可持續建筑

該團隊創造出可被動儲存與釋放熱能的新型材料，有望大幅降低建筑控溫用電成本。

得克薩斯大學的研究人員開發出一種無需電力即可調節建筑溫度的木質基材料。這項創新滿足了建筑領域對高效節能溫控系統日益增長的需求。新設計的木材基材料采用相變技術，可在白天儲存能量、夜間釋放熱量，且不依賴電網供電，為建筑節能提供了綠色解決方案。

"我們的材料就像一塊熱電池，吸收熱量時自動充電，"埃里克·瓊森工程與計算機科學學院機械工程助理教授崔爽博士解釋道。

熱能存儲技術可作為能源供需之間的橋梁，在白天捕獲環境余熱，夜間循環釋放供暖。這種方法使建筑能夠自然平衡能量負荷，減少對主動供暖和制冷系統的依賴。當標準建筑材料注入相變技術后，就會形成內置熱緩沖系統，白天吸熱、夜間放熱，從而穩定室內溫度。

這些材料在熔化時吸收熱量，在凝固時釋放熱量，可顯著降低電力消耗并提高能源效率。"例如在夏季，相變材料會吸收并儲存外部熱量，從而減緩室溫上升，"崔爽補充道，"如果建筑中融入足量的相變材料，可能完全不需要開啟空調系統。"

雖然相變材料已被研究多年，但始終存在滲漏缺陷。特別是在液固轉換過程中易發生泄漏，這給實際應用帶來困難。傳統解決方案通常是將相變物質封裝在載體材料中，但這往往適得其反——載體材料本身不具儲熱能力，卻占據空間形成無效負載，最終降低了材料的整體效率。

得克薩斯大學達拉斯分校團隊通過與落基山國家實驗室、加州大學伯克利分校等機構合作，在樹木的細胞結構中找到了解決方案。研究團隊首先去除木材中的木質素（植物細胞中的剛性粘合劑），留下多孔纖維素骨架，隨后用相變材料與穩定軟塑料的混合物填充孔隙。這種巧妙組合實現了雙重功效：塑料將儲熱材料鎖定在位防止熔化時泄漏，同時增強了木材的結構強度。

實驗室測試顯示，該材料經受1000次加熱冷卻循環后，既無泄漏也未出現結構強度衰減。論文合著者盧洪兵博士指出："與許多犧牲強度的儲能材料不同，這種木材模板相變復合材料在反復熱循環中能保持機械完整性，兼具高能效與機械耐久性，這對建筑長期使用至關重要。"

研究團隊目前正致力于技術優化與商業化推廣，旨在將高效節能的溫控方案推向大眾市場。合著者古斯塔沃·費利西奧·佩魯奇表示，該項目的成功得益于與國家實驗室的強力跨學科合作，證明可持續材料能夠轉化為切實可行的工程解決方案。

相關研究成果已發表于《今日材料·能源》期刊。

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