簡單環(huán)保,新工藝讓木材變得可壓縮可發(fā)電

Empa和蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員將木材變得可壓縮，并將其變成一個微型發(fā)電機。 當它被加載時，就會產(chǎn)生電壓。通過這種方式，木材可以作為生物傳感器或產(chǎn)生可用的能源。為了確保這個過程不需要腐蝕性的化學品，自然產(chǎn)生的木材降解真菌接管了改造木材的任務。

Ingo Burgert和他在Empa和蘇黎世聯(lián)邦理工學院的團隊已經(jīng)一次次證明了這一點。木材不僅僅是一種建筑材料。他們的研究旨在擴展木材的現(xiàn)有特性，使其適合全新的應用范圍。例如，他們已經(jīng)開發(fā)出高強度、防水、可磁化的木材?，F(xiàn)在，該團隊與Francis Schwarze和Javier Ribera組成的Empa研究小組一起，開發(fā)出了一種簡單、環(huán)保的從一種木質(zhì)海綿中發(fā)電的工藝，他們上周在《科學進展》雜志上進行了報道。

如果你想用木材發(fā)電，所謂的壓電效應就會發(fā)揮作用。壓電效應是指通過固體的彈性變形產(chǎn)生電電壓。這種現(xiàn)象主要被計量學所利用，計量學使用的傳感器會產(chǎn)生電荷信號，比如說，當機械負載被施加時，就會產(chǎn)生電荷信號。

然而，這種傳感器通常使用的材料不適合用于生物醫(yī)學應用，例如鋯鈦酸鉛（PZT），由于其含有鉛，不能用于人體皮膚。這也使得PZT和Co的生態(tài)處理相當棘手。因此，能夠利用木材的天然壓電效應，具有很多優(yōu)勢。如果進一步思考，這種效應也可以用于可持續(xù)的能源生產(chǎn)。但首先，必須賦予木材適當?shù)奶匦?。如果沒有經(jīng)過特殊處理，木材的柔韌性不夠；當受到機械應力時；因此，在變形過程中只會產(chǎn)生很低的電壓。

伯格特團隊的博士生Jianguo Sun使用了一種化學工藝，這也是該團隊近年來對木材進行各種 “改良 ”的基礎(chǔ)：脫木質(zhì)化。木材細胞壁由三種基本材料組成：木質(zhì)素、半纖維素和纖維素。剛性的木質(zhì)結(jié)構(gòu)被溶解后 剩下的是柔韌的纖維素網(wǎng)絡，當這個網(wǎng)絡受到擠壓時，電荷被分離，產(chǎn)生電壓。為了將木材轉(zhuǎn)化為易于變形的材料，木質(zhì)素必須至少被部分 “提取”。這是通過將木材置于過氧化氫和乙酸的混合物中來實現(xiàn)的。木質(zhì)素在這個酸浴中被溶解，留下一個纖維素層的框架。

研究人員利用了木材的層次結(jié)構(gòu)，由此產(chǎn)生的白色木質(zhì)海綿由疊加的薄層纖維素組成，這些纖維素可以很容易地被擠壓在一起，然后膨脹回原來的形態(tài)，木材變得有彈性了。Burgert的團隊將邊長約1.5cm的測試方塊進行了約600次的負載循環(huán)。該材料表現(xiàn)出驚人的穩(wěn)定性。在每次壓縮時，研究人員測量到的電壓約為0.63V，足以作為傳感器應用。在進一步的實驗中，該團隊試圖擴大他們的木質(zhì)納米發(fā)電機的規(guī)模。

責任編輯：lq6