据外媒报道，在一项新研究中，阿尔托大学（Aalto）研究人员展示将果胶作为光热材料的新应用。这为开发新型可持续生物基光热材料创造了机会。
（图片来源：阿尔托大学）
该团队继续了他们于2020年开始的果胶材料研究工作。果胶是一种可生物降解的丰富多糖，提取自植物细胞壁，尤其是水果。此前，研究人员制造出各向异性结构，使果胶冷冻凝胶在垂直和水平方向上具有不同的结构。这种材料被视为基质，可以进行渗透尝试。研究人员Yujiao Dong表示：“想象一下，海绵中有很多孔隙，我们试着用某种材料来填充这些孔隙。以往研究结果表明，这种定向多孔材料在填充PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）时具有很好的光学性能，而且我们证实了这种材料具有有益的机械性能。因此，我们想也许可以在其中渗透其他物质。”
为了深入进行研究工作，研究人员在实验过程中加入相变材料（PCM），即在加热或冷却时可以在物质的两种基本状态（固体和液体）之间转换的材料。该研究选择的相变材料聚乙二醇（PEG）是一种非常常用的聚合物，其分子量是可以选择的。如果重量足够低，即使在室温下，该材料也可以发生相变，例如它在室温下是固体，如果温度稍微升高，则可以变成液体。Yujiao表示：“这种材料的相变温度不是很高，大约为零上33-35°C。我们的目标是让材料吸收太阳的热量，从而变成液态和透明的。”
这项工作的主要发现之一是果胶具有光热特性，可以吸收阳光并将其转化为热量，从而轻微加热内部渗透PEG材料，使其发生相变。作为演示窗口，研究人员将其放在太阳模拟器（模拟阳光的设备）下，可以看到相变的发生，并且材料在轻微加热后变得透明。
该研究方法需要将PEG相变材料加入多孔材料中，其中一个挑战是，由于多孔材料的孔径很小，研究人员必须在真空条件下进行渗透操作。他们将PEG注入孔中，并加入PMMA。Yujiao表示：“当温度升高时，PEG会变成液体，可能从孔中泄漏出来。因此，我们使用PMMA作为封装，这有助于稳定并防止PEG从多孔材料中泄漏出来。我们希望所研究复合材料具有出色的性能。如果使用更多的相变材料，所展示的结果可能会更好，但在这种情况下，我们需要解决‘泄漏’问题。因此，我们必须平衡性能，并确保这种复合材料可以重复使用。”通过最终的解决方案，研究人员能够反复加热和冷却这种材料，即使经过100次循环测试，仍可保持良好的效率水平。
谈到潜在实际应用，Yujiao提到以往研究使用果胶作为吸音材料，并展示了这种复合材料（加入PMMA）的光学特性。在当前研究中，他们测试了使用相变材料时的特性。当相变材料处于固态时，这种复合材料看起来模糊不清（即不透明），并具有相当高的光雾度值，这意味着阳光照在上面时不会直接穿过，而是以某种方式散射。Yujiao表示：“此外，果胶本身可以吸收紫外线，在我们看来，它似乎是一种很好的窗户材料。当太阳升起时温度升高，所添加的相变材料变得透明，这样房间就会亮起来。因此，它就像是一扇‘智能’窗户。”
有趣的是，由于其光热特性，果胶/PEG复合材料实际上可以储存能量，如果用于窗户，房屋内的温度不会急剧变化。Yujiao表示：“在这项研究中，我们甚至建造了一个微型房屋，以表明与传统玻璃相比，它内部的温度会更加缓慢地增加和下降。”
关于其他研究人员如何利用这些发现，Yujiao认为，由于定向结构已经被广泛研究过，一个方向是可以尝试将这项研究中制造的材料与其他材料结合起来。另外一个问题是，如何扩大最终产品的规模。“我们能够制造的最大样品大约是5cm，换句话说，不是很大，如果要在现实世界中使用该材料，我们需要解决如何生产更大样品的问题。”
这篇论文的主要发现之一是果胶及其光热特性。Yujiao希望，这能够启发研究人员探索果胶在各个领域的新用途。
