Технологии

Наногенераторы из губчатой ​​древесины делают умные полы более энергоемкими

Вокруг нас есть неисчислимые источники энергии, если мы только сможем понять, как к ним подключиться. Швейцарские исследователи продемонстрировали экологически чистый способ изготовления пористого деревянного пола, который может генерировать электричество на каждом шагу.

Материал работает с так называемым пьезоэлектрическим эффектом. По сути, когда материал сжимается под действием механического напряжения, положительные и отрицательные заряды разделяются на противоположные поверхности, создавая напряжение при подключении.

Если вы делаете полы из этих материалов, то, как говорится, вы можете собирать энергию из шагов людей, идущих по ним. Этот принцип был применен в тротуарной плитке PaveGen и футбольных полях, которые питают свои собственные огни. Подобные полы для сбора энергии вместо этого используют трибоэлектрический эффект, где электричество генерируется за счет трения, когда нановолокна трутся друг о друга.

В новых исследованиях исследователи из ETH Zurich и EMPA исследовали пьезоэлектрический потенциал обычного строительного материала – дерева. Обычно он недостаточно гибкий, чтобы производить много электроэнергии, поэтому команда разработала способ дать ему больше отдачи.

Схема изготовления и работы наногенераторов из древесной губки

Они подвергли древесину процессу, называемому “делигнификация”. Лигнины – это природные полимеры, которые действуют как поддерживающие структуры в клетках растений, особенно в древесине и коре, что делает их жесткими и прочными. Удаление некоторых из этих лигнинов сделало древесину намного более губчатой, поэтому ее можно было легко сжать, а затем вернуться к своей первоначальной форме при снятии давления.

В первом тесте команда делигнифицировала древесину, вымачивая ее в ванне с перекисью водорода и уксусной кислотой. Во втором они экспериментировали с более щадящим методом – используя гриб Ganoderma applanatum, который разлагает лигнин из древесины.

Обе формы губчатой ​​древесины были испытаны в лаборатории в качестве пьезоэлектрического генератора. Сначала был куб из материала размером около 1,5 см со стороны, сделанный с использованием кислотной ванны. Это было способно генерировать около 0,63 В, что могло питать небольшой датчик и было стабильным в течение 600 циклов. Когда команда упаковала 30 таких блоков вместе и сжала их примерно с весом взрослого человека, этого было достаточно, чтобы зажечь жидкокристаллический дисплей.

Изображения древесины бальзы до обработки (слева) и после растворения лигнина (в центре и справа), полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа

Губчатая древесина, изготовленная с использованием гриба, показала себя еще лучше – куб того же размера давал максимальное напряжение 0,87 В. Другое преимущество этого метода, по словам команды, состоит в том, что он более экологичен.

Исследование предполагает, что такой генератор древесной губки может быть полезен как в качестве энергоемкого материала для полов, так и в качестве носимых датчиков. В другом недавнем исследовании команда продемонстрировала другие варианты использования, например, дерево, которое светится в ультрафиолетовом свете.

Исследование опубликовано в журналах ACS Nano и Science Advances.

Back to top button