在追求碳中和的时代浪潮下，太阳能光热利用无疑是绿色供暖的重要路径。然而，这一清洁能源的“脾气”却并不好捉摸：它时而慷慨炙热，时而隐匿无踪，时空与气候的不确定性让热能的存储与按需释放成为棘手挑战。更令人头疼的是，现有的光热复合相变材料（PCMs）虽然能像“热能蓄电池”一样工作，却常常陷入“自作主张”的窘境——由于成核能垒低，它们在无人需要时便自发结晶放热，导致热供需严重错位。此外，面对形态各异的受热物体，传统材料往往“刚硬不屈”，难以紧密贴合粗糙表面，微小的界面气隙如同隔热层一般，将宝贵的热能阻隔在外，使得界面传热效率大打折扣。这些痛点严重限制了太阳能热利用在微观气候干预（如个人热管理、电池热管理）等复杂场景下的普适性。
为了解决这一系列棘手问题，来自国内研究团队的研究人员独辟蹊径，提出了一种基于多尺度氢键网络协同调控的策略，成功制备出一种名为“木质塑泥”（wood plasticine）的革命性材料。这种材料不仅继承了木材的天然禀赋，更融合了塑料泥的可塑特性，实现了可控相变行为与优异延展性的完美统一。通过分子尺度的赤藓糖醇（erythritol）与甘油（glycerol）间的氢键作用抑制自发结晶，再借助纳微尺度的纤维素纤维构建动态网络，木质塑泥展现出了惊人的性能：它能在室温下稳定“锁住”太阳能48小时，并在外力触发下瞬间释放108 J g−1 的潜热，同时凭借其卓越的柔韧性消除界面气隙，将接触热阻大幅降低28.7%。基于“收集-存储-释放”的能源闭环机制，该研究不仅在热电转换中实现了定制化电压输出，更在低温环境下为锂离子电池（LIBs）和个人保暖提供了高效的解决方案。这项具有重要应用前景的研究发表在《Advanced Science》上。
为开展此项研究，作者采用了多项关键技术方法。首先，通过差示扫描量热仪（DSC）和光学显微镜（OM）系统表征了二元糖醇（SA）及木质塑泥的熔融、结晶行为与过冷特性。其次，利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和分子动力学（MD）模拟揭示了分子尺度与纳微尺度氢键网络的协同形成机制及其对成核能垒的影响。流变学测试被用于评估材料的粘弹性和剪切稀化行为，以证实其可塑性与自愈性。此外，研究结合红外热成像与有限元模拟软件（ANSYS Icepak）直观展示了压缩诱导增强的界面传热效果及接触热阻变化。在应用验证方面，搭建了太阳能-热电转换装置，并对18650型锂离子电池在低温环境下的充放电性能进行了循环测试，同时评估了对人体手臂的加热效果。
2.1 Synergistic Effects of Molecular-Scale and Nano/Micro-Scale Hydrogen Bonding Networks Within Wood Plasticine
研究人员首先通过物理共混赤藓糖醇与甘油制备了二元糖醇（SA），DSC和OM结果显示，甘油的引入显著提升了材料的过冷度，使其在23°C–30°C范围内维持稳定的过冷状态长达96小时，有效抑制了自发结晶。FT-IR和MD模拟证实，赤藓糖醇与甘油分子间形成了分子尺度的氢键网络，使氢键数量翻倍，从而提高了成核能垒。随后，团队利用自上而下的方法从天然轻木中制备了全纤维素木气凝胶，分离出的纳米/微米尺度纤维素纤维具有高度取向结构。将这些纤维掺入掺杂碳纳米管（CNTs）的二元SA中，经揉捏后形成了木质塑泥。FT-IR和MD模拟表明，纤维素的加入进一步构建了纳微尺度氢键网络，使体系氢键数量再次翻倍，结合能从159.2 kcal mol−1 增至253.0 kcal mol−1 。流变学测试显示，CNTs掺杂的二元SA呈液态行为（G'' > G'），而木质塑泥则表现出弹性固体行为（G' > G''）及典型的剪切稀化特性，使其能被塑造成心形、五角星、花朵乃至猫头形状，并在外力撤销后保持形状，证明了其优异的可塑性与可编程性。
2.2 Photothermal Conversion, Interfacial Heat Transfer, and Long-Term Latent Heat Storage Performances of Wood Plasticine
研究考察了木质塑泥的光热性能，发现添加0.1%质量分数的CNTs即可在1倍太阳光强下升温18°C。关键的界面传热实验对比显示，缺乏甘油的“无甘油木质塑泥”因脆性断裂无法贴合曲面，而仅含分子尺度网络的二元SA则因流动性过大流失。唯有具备双尺度氢键网络的木质塑泥，能在压力下实现与拱形粗糙表面的共形接触。红外热成像表明，木质塑泥能将受热物体的平均温度比无甘油对照组提高8.6°C。更重要的是，该材料在熔化-结晶相变后仍能稳定存储潜热48小时，甚至在-40°C下存储12个月后性能依旧稳定。DSC循环测试（100次）证实了其耐久性。接触热阻测试显示，熔化态木质塑泥在压力下热阻最低可达88.1 ± 6.1 mm2 K W−1 ，显著低于已报道的非相变与相变热界面材料（TIMs），证明了其卓越的界面传热能力。
2.3 Controlled Latent Heat Release Performance of Wood Plasticine
为了验证可控释热，研究人员对过冷态木质塑泥施加外力。红外热像显示，材料在54秒内温度从28°C飙升至56°C（最大升幅28°C），随后逐渐冷却。OM观察证实此过程伴随赤藓糖醇晶体的生长。研究表明，外力提供的能量抵消了分子尺度氢键网络增加的成核能垒，降低了过冷态与结晶态间的吉布斯自由能（ΔG*N ）。通过DSC测量冷结晶焓，证实木质塑泥的结晶焓高达108.3 ± 1.2 J g−1 ，与熔融焓相当。经过100次热充放电循环，材料依然保持可靠的潜热存储与按需释放能力。雷达图对比分析显示，相较于纤维素气凝胶PCMs、聚氨酯基PCMs等，木质塑泥在热利用率、界面传热、可塑性等方面综合性能优越。
2.4 Thermoelectric Power Generation and Synchronous Long-Term Latent Heat Storage via Photothermal Conversion
作为概念验证，木质塑泥被用作热电发电机（TEG）的热端材料。在自制装置中，通过凸透镜聚焦阳光，压缩后的木质塑泥与TEG热端实现了无气隙的共形接触。ANSYS Icepak模拟显示，压缩消除了界面气隙，使界面两端温差显著提升。通过精确调控木质塑泥的厚度（从2 cm减至0.5 cm）以增加与TEG的接触面积，输出电压密度可从72 V m−2 提升至331 V m−2 。实验中，厚度0.5 cm的木质塑泥下表面温度达64.3°C，结合3°C的冷端散热片，产生了巨大的温差。利用升压转换器，由四个小型TEG串联组成的大型装置成功实现了为智能手机、14500锂离子电池及LED供电，同时在过程中同步完成了潜热的长期存储。
2.5 Controlled Latent Heat Release for Battery and Personal Thermal Management in the Absence of Sunlight
针对电动汽车（EVs）在低温下锂离子电池（LIBs）容量衰减及人体保暖需求，研究将长方体木质塑泥重塑为管状，分别包裹18650 LIBs和人体手臂。在低温循环充放电测试中，包裹了放热木质塑泥的LIBs温度比裸电池高出约8°C，有效充电容量提升了约11.7%，且在4 C倍率下最高温度达10.3°C。模拟结果显示，加压后的木质塑泥使电池温度进一步提升3.5°C。对于人体手臂，木质塑泥在56秒内将手臂表面温度均匀提升了18°C。这证明了木质塑泥能够利用存储的太阳能，在无光照的低温环境下，通过形状重塑过程中的力致相变，为多样化的受热场景提供精准热管理。
综上所述，这项研究通过巧妙构建分子尺度（赤藓糖醇-甘油）与纳微尺度（纤维素纤维）的氢键网络，成功攻克了传统光热复合相变材料自发结晶失控与几何适应性差的双重难题。所开发的木质塑泥不仅实现了室温下长达48小时的稳定潜热存储与力致可控释放（108 J g−1 ），更凭借其独特的剪切稀化与自愈特性，在压力下将接触热阻降低了28.7%，极大提升了界面传热效率。从机理上看，多尺度氢键网络的协同作用既提高了成核能垒以抑制自发相变，又赋予了材料类似塑料泥的可塑性与共形接触能力。
在应用层面，该研究展示了一条清晰的“能源闭环”路径：利用丰富的太阳能进行光热转换（CNTs介导），经由相变存储潜热，最终在无光条件下通过外力触发或形状重塑实现按需供热。无论是为热电转换提供高温差界面从而实现定制化发电（最高331 V m−2 ），还是在-40°C极寒中维持锂离子电池的有效容量（提升11.7%），亦或是为人体提供瞬时均匀加热（升温18°C），都验证了该材料在复杂多变的热需求场景中具有极高的实用价值。此外，研究指出原料来源的多样性（多种木材及农林废弃物）也为其规模化应用奠定了基础。这项工作不仅为太阳能的高效、低损、按需利用提供了新的设计范式，也为下一代柔性热管理材料的发展开辟了广阔的空间。
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