利用太阳光发电的太阳能热电发电机（STEG）有望成为一种很有前途的清洁太阳能收集和转换技术。相变材料（PCM）与STEG的集成更能使发动机在太阳辐射通量不变的情况下持久发电。但其光热转换和输出电能仍受到PCM高效热管理性能的限制（<15W/m2），即在太阳光集中辐射下导热性能受限，换热不均匀。
近日，四川大学傅强教授，吴凯特聘副研究员通过复制针叶树的精细结构，报道了一种特殊的冰模板组装策略，在PCM中构建了一条多方向的声子转移路径，从而解决了这错综复杂的问题。
文章要点
1）与传统的冰模板组装策略只采用一个温度梯度来构建定向结构不同，研究人员通过径向冰模板组装策略，在冻结过程中和随后的基质渗透过程中利用两个正交的温度梯度，报道了一种仿生工程相变聚乙二醇(PEG)/氮化硼(BN)材料。中心对称和多方向排列的BN网络(即垂直方向和径向方向)可以最大限度地利用BN的六角形尺寸和各向异性导热系数(TC)，并在基质中提供微观上直通但宏观上均匀的声子路径。
2）结果显示，与原始的聚乙二醇相比，在相对较低的BN加入量11.65 vol%的情况下，同时实现了13.7倍的面内TC和7.5倍的穿透TC，从而实现了相对于点状热源的强大热流和均匀的温度分布。由于这种快速而均匀的热传递特性，这种相变材料能够承受能量集中的太阳光；研究人员将这种PCM与STEG器件集成，从而获得了85.1%的有效光热转换效率和40.28 W/m2的实际功率密度。
这一策略基于利用光学装置最大限度地收集太阳能光束，并在PCM内设计导热路径，为高效利用清洁太阳能展示了一种可行的全天候太阳能−热−电能转换的很有前景的途径。
Dingyao Liu, et al, A Multidirectionally Thermoconductive Phase Change Material Enables High and Durable Electricity via Real-Environment Solar− Thermal−Electric Conversion, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c06680
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c06680
