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木材變得有彈性可發電?瑞士科學家開發新工藝

2021-03-18 09:14  來源:cnBeta.COM  瀏覽:  

Empa和蘇黎世聯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電機。當它被加載時,就會產生電壓。通過這種方式,木材可以作為生物傳感器或產生可用的能源。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和蘇黎世聯邦理工學院的團隊已經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有特性,使其適合全新的應用范圍。例如,他們已經開發出高強度、防水、可磁化的木材。現在,該團隊與Francis Schwarze和Javier Ribera組成的Empa研究小組一起,開發出了一種簡單、環保的從一種木質海綿中發電的工藝,他們上周在《科學進展》雜志上進行了報道。

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

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,具有很多優勢。如果進一步思考,這種效應也可以用于可持續的能源生產。但首先,必須賦予木材適當的特性。如果沒有經過特殊處理,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:脫木質化。木材細胞壁由三種基本材料組成:木質素、半纖維素和纖維素。剛性的木質結構被溶解后 剩下的是柔韌的纖維素網絡,當這個網絡受到擠壓時,電荷被分離,產生電壓。為了將木材轉化為易于變形的材料,木質素必須至少被部分 "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的。木質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構,由此產生的白色木質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,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。該材料表現出驚人的穩定性。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納米發電機的規模。

  瑞士
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