Исследователи из Швейцарии используют неожиданный источник энергии прямо у нас под ногами: деревянные полы. Их наногенератор представлен 1 сентября в журнале Дело , позволяет древесине генерировать энергию от наших шагов. Они также улучшили древесину, используемую в их наногенераторе, за счет комбинации силиконового покрытия и встроенных нанокристаллов, в результате чего получилось устройство, которое было в 80 раз более эффективным - достаточным для питания светодиодных лампочек и небольшой электроники.
Команда начала с переделки 3р3р340. дерево 3р3р3114. в наногенератор 3р3р3114. вставив между электродами два куска функционализированного дерева. Подобно носку, прилегающему к рубашке, только что вынутому из сушилки, деревянные части становятся электрически заряженными из-за периодических контактов и разделений при наступлении на них - явление, называемое трибоэлектрический эффект 3р3р3114. . Электроны могут переходить от одного объекта к другому, генерируя электричество. Однако есть одна проблема с изготовлением наногенератора из дерева.
«Древесина в основном трибонейтральна», - говорит старший автор Гвидо Панзараса, руководитель группы профессоров наук о древесных материалах в Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) в Цюрихе и Швейцарских федеральных лабораториях материаловедения и технологий (Empa) в Дюбендорфе. «Это означает, что древесина не имеет реальной тенденции приобретать или терять электроны». Это ограничивает способность материала вырабатывать электричество, «поэтому задача состоит в том, чтобы сделать дерево, которое способно притягивать и терять электроны», - объясняет Панзараса.
Чтобы улучшить трибоэлектрические свойства древесины, ученые покрыли один кусок дерева полидиметилсилоксаном (ПДМС), силиконом, который приобретает электроны при контакте, а другой кусок дерева функционализировали с помощью на месте -растущие нанокристаллы, называемые цеолитным имидазолатным каркасом-8 (ZIF-8). ZIF-8 гибридная сеть из ионов металлов и органических молекул, имеет более высокую тенденцию к потере электронов. Они также протестировали различные типы древесины, чтобы определить, могут ли определенные породы или направление резки древесины влиять на ее трибоэлектрические свойства, выступая в качестве лучшей основы для покрытия.
Прототип того, как можно получить энергию от шагов на функционализированном деревянном наногенераторе, чтобы зажечь лампочку. Предоставлено: Sun et al. /Matter
Исследователи обнаружили, что трибоэлектрический наногенератор, сделанный из радиально обрезанной ели, обычной древесины для строительства в Европе, показал наилучшие результаты. Вместе эти обработки повысили производительность трибоэлектрического наногенератора: он вырабатывал в 80 раз больше электроэнергии, чем натуральное дерево. Электроэнергия устройства была стабильной при постоянных нагрузках до 1500 циклов.
Исследователи обнаружили, что прототип деревянного пола с площадью поверхности немного меньше листа бумаги может производить достаточно энергии для питания бытовых светодиодных ламп и небольших электронных устройств, таких как калькуляторы. Они успешно зажгли лампочку с помощью прототипа, когда взрослый человек прошел по нему, превратив шаги в электричество.
«Нашей целью было продемонстрировать возможность модификации древесины с помощью относительно безвредных для окружающей среды процедур, чтобы сделать ее трибоэлектрической», - говорит Панзараса. «Ель дешевая, доступная и обладает хорошими механическими свойствами. Подход к функционализации довольно прост, и его можно масштабировать на промышленном уровне. Это только вопрос инженерии».
Помимо эффективности, устойчивости и масштабируемости, недавно разработанный наногенератор также сохраняет свойства, которые делают древесину полезной для дизайна интерьера, в том числе ее механическую прочность и теплые цвета. Исследователи говорят, что эти особенности могут способствовать использованию древесных наногенераторов в качестве источников зеленой энергии в умных зданиях. Они также говорят, что деревянная конструкция может помочь смягчить изменение климата путем секвестрирования CO 2 от окружающей среды на протяжении всего срока службы материала.
Следующим шагом Панзараса и его команды является дальнейшая оптимизация наногенератора с помощью химических покрытий, которые являются более экологичными и простыми в применении. «Несмотря на то, что изначально мы сосредоточились на фундаментальных исследованиях, в конечном итоге проводимые нами исследования должны привести к применению в реальном мире», - говорит Панзараса. «Конечная цель - понять потенциальные возможности древесины, выходящие за рамки уже известных, и придать древесине новые свойства для будущих устойчивых умных зданий».
0 комментариев