Исследователи из Государственного исследовательского университета ETH Zurich и швейцарской Федеральной лаборатории Empa изменили химический состав материала.
Ученые химически модифицировали древесину и сделали ее более сжатой, превратив в мини-генератор. При сжатии он генерирует электрическое напряжение. Такая древесина может служить биосенсором или строительным материалом, который собирает энергию.
Инго Бюргерт и его команда из ETH Zurich и Empa доказали, что древесина - это гораздо больше, чем просто строительный материал. Их исследования улучшают свойства древесины, чтобы использовать ее по-новому. Например, они уже разработали высокопрочную, водоотталкивающую и намагниченную древесину.
Теперь, вместе с исследовательской группой Empa под руководством Фрэнсиса Шварца, команда использовала один химический и один биологический процесс для получения электрического напряжения с древесной губки. При этом они усиливают так называемый "пьезоэлектрический эффект" древесины.
Когда пьезоэлектрический материал упруго деформируется, он генерирует электрическое напряжение. «Дерево также природный пьезоэлектрический эффект, но генерирует только очень низкое электрическое напряжение, - отмечают ученые. - Если вы хотите увеличить напряжение, химический состав древесины должен быть изменен - и это также делает его более сжатым».
Чтобы превратить древесину в легко формируемый материал, один из компонентов клеточных стенок необходимо растворить. Клеточные стенки древесины состоят из трех основных веществ: лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы, - объясняет Инго Бюргерт. - Лигнин - это стабилизирующее вещество, необходимое деревьям для роста, без лигнина, который связывает клетки и предотвращает сгибанию жестких целлюлозных фибрилл, это было бы невозможно ".
Древесина может быть деформирована, если лигнин удален химическим путем. В результате усиливается пьезоэлектрический эффект материала.
Исследователи добились этой "делигнификации", поместив древесину в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты. Кислота растворяет лигнин, оставляя каркас из слоев целлюлозы. "Этот процесс сохраняет иерархическую структуру древесины и предотвращает разделения на отдельные волокна", - объясняет Инго Бюргерт.
Таким образом, кусок бальзового дерева превращается в белую деревянную губку, состоящую из слоя за слоем тонкой целлюлозы. Губку можно просто сжать, а потом вернуть ей первоначальную форму. "Древесная губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычная (необработанная) древесина", - говорит один из разработчиков Цзянго Сун.
Даже небольшое давление может генерировать полезную энергию в деревянной губке.
Команда подвергла испытательный куб с длиной стороны около 1,5 см примерно 600 циклам нагрузки. Деревянная губка оказалась на удивление стабильной: для каждой нагрузки исследователи измеряли напряжение примерно 0,63 вольта, что вполне соответствовало материалам, которые используются в датчиках. В дальнейших экспериментах команда проверила масштабируемость этого мини-генератора. Если 30 таких деревянных блоков соединены и равномерно нагруженные весом тела взрослого человека, производится достаточно электричества для питания простого жидкокристаллического дисплея.
В дальнейшем исследовании исследовательская группа ETH-Empa пошла еще дальше, стремясь изготовить деревянную губку без использования химических веществ. Исследователи нашли решение в природе: гриб Ganoderma applanatum вызывает белую гниль в древесине и мягко раскладывает лигнин и гемицеллюлоза. "Хотя электрическое напряжение, генерируемое при начальных испытаниях, было ниже, чем при химически обработанной древесине, грибковый процесс является более экологичным", - говорит Инго Бюргерт.
В такой простой, возобновляемой пьезоэлектрической системе есть явные преимущества. Исследователи видят разные потенциальные сферы применения древесных губок - например, в качестве устойчивых строительных материалов, которые собирают энергию в фазе использования или удобных для кожи датчиков давления в медицинских целях.
Однако еще предстоит сделать несколько шагов, прежде чем пьезодерево можно будет использовать в качестве биосенсора или даже в качестве паркетного пола для сбора электроэнергии. В настоящее время Инго Бюргерт и его коллеги совместно с различными партнерами изучают, как адаптировать эту технологию для промышленного применения.
Ранее сообщалось, что в Китае из солнечной энергии сделали жидкое топливо. С помощью электричества из фотоэлементов исследователям удалось синтезировать жидкий продукт с содержанием метанола на уровне 99,5%.
Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber
