- Kayu rekayasa menyimpan panas matahari dan melepaskannya untuk menghasilkan energi listrik
- Modifikasi nanoscale mengubah balsa menjadi material berbasis daya panas
- Pelapisan fosforen memungkinkan penyerapan sinar matahari yang luas dan konversi panas yang efisien
Bayangkan kalau kayu balsa yang biasanya biasa-biasa saja kini bisa menyerap sinar matahari, menyimpan panas, dan bahkan menghasilkan listrik, meski di gelap. Semua ini berkat tim ilmuwan dari Tiongkok yang telah merekayasa arsitektur selulernya.
Tim dari Universitas Sains dan Teknologi Kunming serta Universitas Teknologi Guangdong ini mengungkapkan bahwa struktur internal kayu telah diubah di tingkat nanoscale untuk mencapai hasil yang menakjubkan ini.
Mereka memilih balsa bukan hanya karena ringan, tapi karena alur mikro alaminya yang bisa mengarahkan panas dan menahan material lain dengan baik.
Cara kerja sistem berbasis kayu ini
Para ilmuwan terlebih dahulu menghilangkan lignin, bagian yang memberi warna dan kekakuan pada kayu, sehingga meningkatkan porositas material di atas 93%!
Selanjutnya, dinding saluran dilapisi dengan lembaran tipis fosforen hitam, material yang mampu menyerap sinar matahari di seluruh spektrum ultraviolet, terlihat, dan inframerah, dan mengubahnya langsung menjadi panas.
Tiap nanosheet fosforen dilapisi dengan lapisan pelindung dari asam tanat dan ion besi yang membentuk perisai molekuler, mencegah oksidasi.
Bahkan setelah 150 hari terpapar sinar matahari, material yang dilapisi tersebut tetap stabil.
Partikel perak ditambahkan untuk meningkatkan penyerapan cahaya melalui efek plasmonik, sementara rantai hidrokarbon panjang dilekatkan di permukaan agar menjadi tahan air.
Struktur yang dihasilkan memiliki sudut kontak 153 derajat, artinya air hanya akan bergulir pergi.
Saluran-saluran tersebut diisi dengan asam stearat, material berbasis bio yang menyimpan panas saat meleleh dan melepaskannya saat mengeras.
Material ini menyimpan sekitar 175 kJ panas per kilogram dan mengkonversi 91,27% sinar matahari yang masuk menjadi panas yang bisa digunakan.
Selain itu, material ini bisa menghantarkan panas hampir 3,9 kali lebih efisien dibandingkan arah serat kayu. Saat dipasangkan dengan generator termoelectric, bisa menghasilkan hingga 0,65 V di bawah sinar matahari biasa.
Begitu sinar matahari menerpa material tersebut, asam stearat meleleh, dan panasnya dilepaskan secara bertahap setelah gelap untuk menjaga perbedaan suhu di sekitar generator.
Dengan cara ini, sistem ini tetap bisa menghasilkan listrik meski sumber cahaya sudah hilang.
Setelah 100 siklus pemanasan dan pendinginan, performa material ini hampir tidak berubah. Yang menarik, ia juga tahan api dan dapat memadamkan dirinya sendiri dalam waktu dua menit.
Para ilmuwan mencatat desain mereka tahan api, superhidrofobik, dan antimikroba, sehingga mencegah debu dan mikroba mengurangi performa di luar ruangan.
Desain serupa punya potensi untuk mengelola panas dalam elektronik, meningkatkan efisiensi energi pada material bangunan, atau mendukung sistem daya kecil yang terpisah dari jaringan utama.
Penelitian ini dipublikasikan di jurnal Advanced Energy Materials, namun masih ada jarak besar antara prototipe yang diuji di laboratorium dengan produk yang bisa dipasarkan.
Tim ini menghindari karbonisasi pada suhu tinggi agar fitur kimia kayu tetap terjaga, yang jadi sinyal positif untuk skala produksi.
Tapi, memproduksi material ini secara massal sambil mempertahankan struktur bertingkat yang kompleks tentu bukan hal yang mudah!
