瑞士科学家从木头发电

充满活力：改性木材可以通过变形产生电力。是一个足以让昏暗的灯光？

Empa和Eth苏黎世的研究人员使木制可压缩并将其变成微发电机。加载时，产生电电压。通过这种方式，木材可以用作生物传感器 - 或产生可用的能量。最新的亮点：为了确保该过程不需要侵略性化学品，天然存在的木材降解真菌接管了修改木材的任务。

Ingo Burgert和他的empa和eth苏黎世的团队已经又一次地证明了它：木材比“只是”建筑材料得多。他们的研究旨在扩展木材的现有特性，以便适用于完全新的应用范围。例如，它们已经开发出高强度，防水和可磁化的木材。现在，与弗朗西斯·施瓦尔和哈维尔·莱伯拉的EMPA研究小组一起开发出一个简单，环保的过程，用于从一系列木海绵发电，正如他们上周在杂志上报道的那样。

已经有一点压力可以在木海绵中产生电压。

如果您想从木材产生电力，所谓的压电效果就发挥作用。压电性意味着通过固体的弹性变形产生电压。这种现象主要由Metrology利用，这使得当施加机械负载时，使用产生电荷信号的传感器。

然而，这种传感器通常使用不适合使用的材料用于生物医学应用，例如由于其含有的铅而不能用于人体皮肤上的铅锆酸盐（PZT）。它还使PZT和CO相当棘手的生态处置。能够使用木材的天然压电效果，因此提供了许多优点。如果进一步思考，效果也可用于可持续能源生产。但首先，木材必须赋予适当的财产。没有特殊的处理，木材不够灵活;当受到机械应力时;因此，在变形过程中仅产生非常低的电压。

从块到海绵

Jianguo Sun是Burgert团队的博士学生，使用了一种化学过程，这是近年来队伍的各种“改进”的基础：卖卖。木细胞壁由三种基本材料组成：木质素，半纤维素和纤维素。

这就是压电纳米机构的工作原理：在僵硬的木结构溶解后，仍然是柔性纤维素网络。当挤压此时，分离电荷，产生电压。

“木质素是树的需要，以便增长到高度。没有木质素作为稳定物质，这是不可能的，这是连接细胞并防止刚性纤维素屈曲的抗纤维纤维，“伯格尔解释道。为了将木材转化为可以容易变形的材料，木质素必须至少部分地被“提取”。这是通过将木材放在过氧化氢和乙酸的混合物中来实现的。将木质素溶解在该酸浴中，留下纤维素层的框架。

“我们利用了木材的层次结构而不首先将其溶解溶解，例如纸质生产中的情况，然后必须重新连接纤维”，Burgert说。由此得到的白色木材海绵由叠加的薄层组成，纤维素纤维素可以容易地挤在一起，然后膨胀回其原始形式 - 木材已成为弹性。

从木地板的电力

Burgert的团队将测试立方体持续约1.5cm至约600负载周期。该材料表现出令人惊叹的稳定性。在每个压缩时，研究人员测量了约0.63V的电压 - 足以作为传感器的应用。在进一步的实验中，该团队试图扩大他们的木制纳米液。

纳米料：在刚性木结构（左）用酸的溶解后，仍然柔性纤维素层（中/右）。按下时，不同的充电区域彼此移位。材料的表面变为电荷。

例如，它们能够显示30个这样的木块，当与成年人的体重平行加载时，可以点亮简单的LCD显示器。因此，可以想到开发一个能够将人们走在电力的能量转换为电力的木地板。研究人员还测试了适用性作为人体皮肤上的压力传感器，并显示它可用于生物医学应用。

在准备中的应用

但是，EMPA-ETH团队最新出版物中描述的工作进一步走了一步：目的是以这样的方式修改过程，即它不再需要使用侵略性化学品。研究人员发现了一个合适的候选人，可以以生物过程的形式进行诺喹，本质上的形式：真菌灵芝，白色腐烂的原因。“真菌特别轻轻地在木头中脱落木质素和半纤维素，”Empa研究员哈维尔·梁梁说，解释了环保过程。更重要的是，该过程可以在实验室中轻松控制。

扫描电子显微镜（SEM）Balsa Wood（左）和上陀螺的木材说明了结构变化。

在“压电”木材可以用作传感器或作为发电的木地板之前仍有几个步骤。但是这种简单的和同时可再生和可生物降解的压电系统的优点是显而易见的 - 现在正在由Burgert和他的同事在后续项目中调查。并为了使技术适应工业应用，研究人员已经与潜在的合作伙伴进行了谈判。

参考：Jianguo Sun，Huizhang Guo，Gian NutalSchädli，Kunkun Tu，StyfenSchär，弗朗西斯，“增强了与选择性腐烂木材的机械能量转换。Schwarze，Guido Panzarasa，Javier Ribera和Ingo Burgert，2021年3月10日，科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.abd9138