瑞士科學家開發新工藝 讓木材變得有彈性可發電

Empa和蘇黎世聯邦理工學院的研究人員將木材變得可壓縮，並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築材料。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範圍。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》雜誌上進行了報導。

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於生物醫學應用，例如鋯鈦酸鉛（PZT），由於其含有鉛，不能用於人體皮膚。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，這種效應也可以用於可持續的能源生產。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後 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於變形的材料，木質素必須至少被部分 "提取"。這是通過將木材置於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，然後膨脹回原來的形態，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。