新型液晶彈性體遇光就追，結合太陽能電池板可提升轉換效率－昱晟科技有限公司

2018 年 12 月 08 日作者 Emma stein

你可以看到固定式的太陽能電池板總是直愣愣立在原地，只吸收一天內某一時段的陽光，一些系統商覺得這樣太浪費陽光，於是推出新穎的追日系統。但現在有科學家設計出新型液晶彈性體，其本身結構有如向光性的植物，陽光在哪就跟到哪，如果將之結合太陽能電池板，可以捕捉更多能量，成為提升太陽能電池轉換效率的新誘因。

過去，科學家在實驗室中嘗試取材壁虎腳趾的匙突（spatulae）結構來設計液晶彈性體（liquid crystal elastomer，LCE）。

由於壁虎腳趾上有數十～數百萬根微小纖毛，每根纖毛末端又分叉出 100～1000 根匙突結構，看起來就像大樹最末梢遍布的密密麻麻小樹枝，高達十億根的匙突細毛與接觸面產生微弱的凡得瓦力（Van der Waals force，註），是壁虎能夠輕鬆吸附在牆壁與天花板上的原因，因此科學家一直努力想複製這種結構。

可惜，設計出來的液晶彈性體只能單調、枯燥的在一維或二維平面中延伸，形狀變化有限。

現在哈佛大學韋斯生物工程研究所（Wyss Institute at Harvard University）研究人員發現，他們可以先利用磁場控制 LCE 的分子排列（分子暴露於不同磁場會有不同排列方式），等結構固化後，LCE 在接受到熱量、光線、濕度等外在刺激時，就能隨分子排列方式不同變出各式各樣形狀（如下圖），帶來更多利用空間。

液晶彈性體結構遇熱變形，其變化形狀取決於用磁場控制的內部分子排列。（Source：哈佛大學韋斯生物工程研究所）

更重要的是，液晶彈性體顧名思義具有可逆特性，一旦外在刺激消失，變形結構就會恢復原始狀態；換句話說，這也能應用到太陽能電池板設計。

研究團隊實驗試著將感光交聯分子結合至 LCE 結構中，讓 LCE 結構可以隨著光線變化而變形，接著發現，當從某個方向照射液晶彈性體時，面向光的一側結構會收縮，整個形狀朝有光的地方彎曲——如果將之結合太陽能，比如在電池板覆蓋一層 LCE 結構，屆時它將有如向日葵一樣總是跟著陽光跑，能最大化吸收光線，不用另外搭配追日系統支架。

除了自動追太陽的太陽能電池板應用，該技術也能當作感測器、智慧建築的基礎。受益於液晶彈性體的獨特性質，科學家相信往後會有越來越多領域可以應用該材料。新研究發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）。

註：凡得瓦力是分子間正、負電荷微弱的吸引力。