瑞士科学家创造出“海绵木头”,挤一挤就能发电

黄君芝 来源:财联社 编辑:jianping 海绵木头发电
研究团队将边长约1.5cm的测试方块进行了约600次的负载循环。该材料表现出惊人的稳定性。而在每次压缩时,研究人员测量到的电压约为0.63V,足以作为传感器应用。
据报道,瑞士科学家将木材制成了可压缩材料,并将其转变为一个微型发电机。当它被“挤压”时,就会产生电压。通过这种方式,木材可以作为生物传感器或产生可用的能源。为了确保这个过程不需要腐蚀性的化学品,自然产生的木材降解真菌接管了改造木材的任务。

瑞士联邦材料科学与技术研究所(EMPA)和苏黎世联邦理工学院的这一研究成果已于本月10日被刊登在了著名科学期刊《科学进展》(Science Advances)杂志上。


该研究团队一次又一次地证明了“木材不仅仅是一种建筑材料”。他们的研究旨在扩展木材的现有特性,使其适合全新的应用范围。例如,他们已经开发出高强度、防水、可磁化的木材。此次,该团队又开发出了一种简单、环保的方法,可以从一种木制海绵中发电的工艺。

如果你想用木头发电,所谓的压电效应就会发挥作用。压电效应是指通过固体的弹性变形产生电电压。这种现象主要被计量学所利用,计量学使用的传感器会产生电荷信号,比如说,当机械负载被施加时,就会产生电荷信号。

然而,这种传感器通常使用的材料不适合用于生物医学应用,如锆钛酸铅(PZT),由于它含有铅的成分,不能用于人类皮肤。这也使得PZT和Co的生态处理变得相当棘手。因此,能够利用木材的天然压电效应提供了许多优势。

如果进一步思考,这种效应也可以用于可持续的能源生产。但首先,木材必须被赋予适当的特性。如果没有经过特殊处理,木材的柔韧性不够。因此,当受到机械应力时,在变形过程中只会产生很低的电压。

据了解,该研究团队使用了一种化学工艺,这也是该团队近年来对木材进行各种“改良”的基础:脱木质化。木材细胞壁由三种基本材料组成:木质素、半纤维素和纤维素。


木质素是一棵树为了长得很高所需要的主要物质。为了将木材转化为易于变形的材料,木质素必须至少被部分“提取”。这是通过将木材置于过氧化氢和乙酸的混合物中来实现的。木质素在这个酸浴中被溶解,留下一个纤维素层的框架。

研究人员表示:“我们利用了木材的层次结构,而不是先溶解它,就像造纸一样,然后再重新连接纤维。由此产生的白色木材海绵由多层薄的纤维素组成,这些纤维素很容易被挤压在一起,然后膨胀回原来的形状。木材变得有弹性了。”

在实验中,该团队将边长约1.5cm的测试方块进行了约600次的负载循环。该材料表现出惊人的稳定性。在每次压缩时,研究人员测量到的电压约为0.63V,足以作为传感器应用。在进一步的实验中,该团队试图扩大他们的木质纳米发电机的规模。


例如,他们想证明,将30块这样的积木放在一起并以一个成年人的重量压缩它们时则可以点亮一个液晶显示器。如此一来,开发一种能够将人们行走时产生的能量转化为电能的木地板是有可能的。研究人员还测试了作为人类皮肤压力传感器的适用性,并表明它可以用于生物医学应用。
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