美国科学家研发木材基热调节材料助力可持续建筑

该团队创造出可被动储存与释放热能的新型材料，有望大幅降低建筑控温用电成本。

得克萨斯大学的研究人员开发出一种无需电力即可调节建筑温度的木质基材料。这项创新满足了建筑领域对高效节能温控系统日益增长的需求。新设计的木材基材料采用相变技术，可在白天储存能量、夜间释放热量，且不依赖电网供电，为建筑节能提供了绿色解决方案。

"我们的材料就像一块热电池，吸收热量时自动充电，"埃里克·琼森工程与计算机科学学院机械工程助理教授崔爽博士解释道。

热能存储技术可作为能源供需之间的桥梁，在白天捕获环境余热，夜间循环释放供暖。这种方法使建筑能够自然平衡能量负荷，减少对主动供暖和制冷系统的依赖。当标准建筑材料注入相变技术后，就会形成内置热缓冲系统，白天吸热、夜间放热，从而稳定室内温度。

这些材料在熔化时吸收热量，在凝固时释放热量，可显著降低电力消耗并提高能源效率。"例如在夏季，相变材料会吸收并储存外部热量，从而减缓室温上升，"崔爽补充道，"如果建筑中融入足量的相变材料，可能完全不需要开启空调系统。"

虽然相变材料已被研究多年，但始终存在渗漏缺陷。特别是在液固转换过程中易发生泄漏，这给实际应用带来困难。传统解决方案通常是将相变物质封装在载体材料中，但这往往适得其反——载体材料本身不具储热能力，却占据空间形成无效负载，最终降低了材料的整体效率。

得克萨斯大学达拉斯分校团队通过与落基山国家实验室、加州大学伯克利分校等机构合作，在树木的细胞结构中找到了解决方案。研究团队首先去除木材中的木质素（植物细胞中的刚性粘合剂），留下多孔纤维素骨架，随后用相变材料与稳定软塑料的混合物填充孔隙。这种巧妙组合实现了双重功效：塑料将储热材料锁定在位防止熔化时泄漏，同时增强了木材的结构强度。

实验室测试显示，该材料经受1000次加热冷却循环后，既无泄漏也未出现结构强度衰减。论文合著者卢洪兵博士指出："与许多牺牲强度的储能材料不同，这种木材模板相变复合材料在反复热循环中能保持机械完整性，兼具高能效与机械耐久性，这对建筑长期使用至关重要。"

研究团队目前正致力于技术优化与商业化推广，旨在将高效节能的温控方案推向大众市场。合著者古斯塔沃·费利西奥·佩鲁奇表示，该项目的成功得益于与国家实验室的强力跨学科合作，证明可持续材料能够转化为切实可行的工程解决方案。

相关研究成果已发表于《今日材料·能源》期刊。

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