来自瑞士的研究人员正在我们脚下开发一种意想不到的能源：木质地板。他们的纳米发电机，发表在9月1日的杂志上事，使木材能够从我们的足迹中产生能量。他们还通过硅酮涂层和嵌入纳米晶体的组合，改进了纳米发电机中使用的木材，使设备的效率提高了80倍；足够为LED灯泡和小型电子设备供电。
研究小组首先将两块功能化的木头夹在两块电极之间。就像刚从烘干机里拿出来的紧贴着衬衫的袜子一样，木片在被踩到时会通过周期性的接触和分离而带电，这种现象被称为摩擦电效应。电子可以从一个物体转移到另一个物体，产生电能。然而，用木头制造纳米发电机有一个问题。
“木材基本上是摩擦中性的，”资深作者Guido Panzarasa说，他是位于Eidgenössische Technische Hochschule（ETH）Zürich和瑞士联邦材亚博网站下载料科学和亚博老虎机网登录技术实验室（Empa）Dübendorf的木材材料科学教授职位的组长。“这意味着木材没有获得或失去电子的真正趋势。“这限制了材料的发电能力，”因此，挑战在于制造能够吸引和失去电子的木材Panzarasa解释道。
为了提高木材的摩擦电性能，科学家们在一块木材上涂上聚二甲基硅氧烷(PDMS)，一种通过接触获得电子的硅酮，同时将另一块木材功能化现场被称为zeolite imidazolate framework-8 (ZIF-8)的纳米晶体。ZIF-8是金属离子和有机分子的混合网络，具有较高的失电子倾向。他们还测试了不同类型的木材，以确定特定的木材种类或切割方向是否可以作为涂层的更好支架而影响其摩擦电性能。
研究人员发现，由放射状切割云杉制成的摩擦电纳米发电机性能最好，云杉是欧洲常见的建筑木材。总之，这些处理提高了摩擦电纳米发电机的性能:它产生的电量是天然木材的80倍。该设备的电力输出也在稳定的力量下高达1500次循环。
研究人员发现，表面面积略小于一张纸的木地板原型可以产生足够的能量来驱动家用LED灯和小型电子设备，如计算器。他们成功地用原型点亮了一个灯泡，当一个成年人走在上面时，把脚步声变成了电。
“我们的重点是展示用相对环保的程序对木材进行改性以使其具有摩擦电性的可能性。”Panzarasa说。“云杉价格便宜，易于获得，具有良好的机械性能。功能化方法非常简单，可以在工业层面上进行扩展。这只是一个工程问题。”
除了高效、可持续和可扩展外，新开发的纳米发电机还保留了木材用于室内设计的特性，包括机械坚固性和暖色。研究人员说，这些特性可能有助于促进木材纳米发电机作为绿色能源在智能建筑中的应用。他们还说，木材建筑可以通过封存二氧化碳来帮助缓解气候变化2从材料的整个寿命周期的环境。
Panzarasa和他的团队的下一步是进一步优化纳米发电机与化学涂层，更环保，更容易实施。“尽管我们最初专注于基础研究，但最终，我们所做的研究应该能在现实世界中得到应用，”Panzarasa说。“最终目标是了解木材的潜力，超越已知的，并使木材为未来的可持续智能建筑提供新的属性。”
资料来源：https://www.cell.com/