大自然總會(huì )帶給人類(lèi)無(wú)限的啟示。許多造福人類(lèi)的發(fā)明也是從自然中得到的靈感，如世界上第一批防毒面具誕生的靈感來(lái)源于野豬的鼻子；火箭升空利用的是水母、墨魚(yú)反沖原理；變色龍幫助我們研制出了不少軍事偽裝裝備；毒蛇的“熱眼”功能研究開(kāi)發(fā)出了微型熱傳感器等等。這樣例子數不勝數。近日，美國的研究人員稱(chēng)，樹(shù)葉經(jīng)過(guò)數千萬(wàn)年進(jìn)化而獲得的防止陽(yáng)光灼傷的自我修復功能或許能幫助他們研發(fā)出具有可再生功能的太陽(yáng)能電池，讓電池的使用壽命無(wú)止境地延續下去。

　　殘忍的陽(yáng)光

　　9月5日出版的《自然化學(xué)》雜志著(zhù)重介紹了美國麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師斯特拉諾等人的這項研究，并稱(chēng)這一項研究為生產(chǎn)廉價(jià)、具備自我修復功能、使用期限可以無(wú)限延長(cháng)的太陽(yáng)能電池打下了基礎。此后的幾天時(shí)間里，包括英國廣播公司、美國《發(fā)現》雜志網(wǎng)站、美國《大眾科學(xué)》網(wǎng)站、美國《技術(shù)評論》雜志網(wǎng)站等主流媒體都對這一研究進(jìn)行了報道，預示著(zhù)這項技術(shù)或將帶來(lái)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的大變革。

　　眾所周知，陽(yáng)光是地球上生命的源泉，但它的破壞性卻不能被忽略。人類(lèi)為何會(huì )變老？放在太陽(yáng)下的紙片、塑料等為何會(huì )輕易報廢？美國麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師斯特拉諾解釋說(shuō)，這一切都是因為陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)在與氧氣混合后，會(huì )有很大的破壞力。經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的照射，再堅固的物體都會(huì )慢慢瓦解�！凹词故菍�(zhuān)門(mén)吸收陽(yáng)光的植物葉片在陽(yáng)光下曝曬過(guò)久后，也會(huì )漸漸失去功效，更何況太陽(yáng)能電池等其他的物體�！彼固乩�諾說(shuō)。因此即使對于吸收陽(yáng)光的樹(shù)葉來(lái)說(shuō)，陽(yáng)光也是殘忍的。當植物全力地進(jìn)行光合作用時(shí)，如果不采取防護措施，樹(shù)葉也會(huì )被氧氣、紫外線(xiàn)等破壞性分子毀壞。

　　大自然的啟示

　　美國《大眾科學(xué)》網(wǎng)站介紹，樹(shù)上的樹(shù)葉與太陽(yáng)能板上的光伏電池一樣，看上去都是在靜止不動(dòng)的情況下吸收陽(yáng)光。然而，樹(shù)葉其實(shí)有一個(gè)非常精彩的“內心世界”。由于陽(yáng)光直射的破壞力實(shí)在太大，葉片內部的蛋白質(zhì)每隔大約45分鐘就必須循環(huán)一次，形成新的光合反應中心，替代已被日光烘烤近1小時(shí)的老光合反應中心，避免陽(yáng)光帶來(lái)的傷害。這是經(jīng)過(guò)千萬(wàn)年的進(jìn)化后大自然賦予樹(shù)葉的生存技能。這種快速的自我修復程序也讓植物可以在充分享受陽(yáng)光的同時(shí)不至于“飛蛾撲火”。

　　樹(shù)葉的這種自我修復功能激發(fā)了斯特拉諾，以及來(lái)自伊利諾伊州立大學(xué)的斯里格爾、懷特等人的靈感，想到模擬樹(shù)葉的這一技能，可以讓一直被陽(yáng)光烘烤的太陽(yáng)能電池自行修復。目前人們對太陽(yáng)能電池的研究大都局限在如何提高轉化效率、如何延長(cháng)使用壽命上，但卻很少有人想到開(kāi)發(fā)電池的再生功能，讓其無(wú)止境地工作下去。該研究如此的獨特性引起了其他業(yè)界同行的巨大興趣。美國德克薩斯A&M大學(xué)納米復合材料教授格倫蘭將該技術(shù)稱(chēng)為“人造的翻版自然技能”，同時(shí)認為它是“開(kāi)拓性的、對以后發(fā)展有巨大影響的研究”，因為“以前還從未有過(guò)類(lèi)似的研究”。英國布里斯托大學(xué)的生物化學(xué)家約翰認為，這項研究“雖然非常簡(jiǎn)單，但卻十分實(shí)用�！�

　　自我修復太陽(yáng)能電池

　　在了解到樹(shù)葉內光合作用中心的循環(huán)特點(diǎn)后，斯德拉諾及其研究團隊就決定，與其制造使用壽命超長(cháng)的太陽(yáng)能電池，還不如向自然學(xué)習，走太陽(yáng)能電池自我修復之路。試驗開(kāi)始階段，研究人員使用的是一種紫細菌中采集陽(yáng)光的光合反應中心。隨后，他們將反應中心里加入了一些感光蛋白質(zhì)、脂類(lèi)，用于形成系統結構；以及碳納米管，用做導線(xiàn)傳導產(chǎn)生的電力。這些工作完成后，所有零部件都將放入一個(gè)裝滿(mǎn)水（水中含有膽酸鈉，一種讓所有部件凝聚的表面活性劑）的透析袋中。透析袋里的隔膜只允許小分子通過(guò)。

　　隨后的發(fā)現讓研究人員很驚喜，因為在將表面活性劑過(guò)濾之后，所有的零部件會(huì )自動(dòng)組裝成一個(gè)整體，捕捉光線(xiàn)的同時(shí)能產(chǎn)生電流。工作人員解釋?zhuān)�這一自然組裝之所以能夠實(shí)現，是由這些部件的化學(xué)性質(zhì)決定的，因為組裝完成后，他們彼此之間恰巧都處于相對適合的位置。用于支撐結構的蛋白質(zhì)包圍脂類(lèi)，形成一個(gè)小圓盤(pán)，而光合反應中心則在圓盤(pán)之上。小圓盤(pán)會(huì )順著(zhù)有小氣孔的碳納米管排列，小氣孔的作用是讓光合反應中心產(chǎn)生的電子順利通過(guò)。如果將膽酸鈉重新加入這一裝置，裝置就會(huì )自動(dòng)分解；過(guò)濾膽酸鈉后又有新的裝置形成，如此循環(huán)。

　　“該過(guò)程的美妙之處在于，它是可逆的。也就是說(shuō)分開(kāi)的零部件可以自行組裝，而組裝以后的裝置也可以拆分成單個(gè)零部件。就像是在玩智力拼圖游戲時(shí)，所有的小部分自動(dòng)拼成一幅完整的圖片一樣�！� 斯德拉諾說(shuō)。當一套裝置失去活力后，只需加入表面活性劑將其拆分，再重新組裝，就會(huì )重新恢復活力。在試驗中，斯德拉諾的團隊成功地讓一套裝置持續工作了1個(gè)多星期。

　　當然，目前看來(lái)，該裝置還不能與太陽(yáng)能硅電池競爭。但約翰表示，硅電池也是在經(jīng)過(guò)幾十年的研發(fā)后，才有了今天的轉換效率。如果在該裝置上投入相同的資金、經(jīng)歷同樣的時(shí)間，一定也能成就同樣高效率，并且還能自我修復、可在弱光環(huán)境下工作的太陽(yáng)能電池。