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瑞士研究人員正在利用一種意想不到的能量來(lái)源：木地板。他們的新型納米發(fā)電機(jī)使木材可以借助人們行走來(lái)產(chǎn)生能量。他們還利用有機(jī)硅涂層和嵌入納米晶體組合改進(jìn)了納米發(fā)電機(jī)使用的木材，從而使該設(shè)備的效率提高了80倍——足以為L(zhǎng)ED燈泡和小型電子設(shè)備供電。9月1日，相關(guān)論文發(fā)表在細(xì)胞出版社（Cell Press）旗下期刊Matter上。

該團(tuán)隊(duì)首先將兩片功能化木材夾在電極之間，將它們轉(zhuǎn)化為納米發(fā)電機(jī)。木片在被人們踩上時(shí)，周期性接觸和分離使其帶電，這種現(xiàn)象被稱為摩擦電效應(yīng)。電子可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體并產(chǎn)生電流。

然而，用木材制造納米發(fā)電機(jī)有一個(gè)問(wèn)題。“木材基本上是摩擦中性的?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室木質(zhì)材料科學(xué)教授Guido Panzarasa說(shuō)，“這意味著木材沒(méi)有獲得或失去電子的真正傾向。這限制了這種材料的發(fā)電能力，所以挑戰(zhàn)是制造能夠吸引和失去電子的木材?！?/p>

為了提高木材的摩擦電性能，科學(xué)家在一塊木材上涂了聚二甲基硅氧烷（PDMS），一種通過(guò)接觸就能獲得電子的硅酮，同時(shí)用一種原位生長(zhǎng)的名為沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料—8（ZIF-8）的納米晶體對(duì)另一塊木材進(jìn)行功能化。ZIF-8是金屬離子和有機(jī)分子的混合網(wǎng)絡(luò)，具有較高的失電子傾向。研究人員還測(cè)試了不同類型的木材，以確定特定木材種類或切割方向是否影響發(fā)電機(jī)的摩擦電性能。

研究發(fā)現(xiàn)，由放射狀切割云杉木制成的納米發(fā)電機(jī)性能最好，云杉是歐洲常見的建筑木材?？傮w而言，新型納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電量是天然木材的80倍，電力輸出也在穩(wěn)定的力量下高達(dá)1500循環(huán)。

一個(gè)表面積略小于一張紙的木地板原型機(jī)，可以產(chǎn)生足夠的能量驅(qū)動(dòng)家用LED燈和小型電子設(shè)備，如計(jì)算器。當(dāng)一個(gè)成年人走在原型機(jī)上時(shí)，該設(shè)備能將腳步轉(zhuǎn)化為電能，成功地點(diǎn)亮一個(gè)燈泡。

Panzarasa說(shuō)：“我們的重點(diǎn)是用相對(duì)環(huán)保的方式改變木材，使其能夠摩擦發(fā)電。云杉價(jià)格便宜，而且有良好的機(jī)械性能。我們提出的功能化方法非常簡(jiǎn)單，并且可以在工業(yè)級(jí)別上進(jìn)行擴(kuò)展?！?/p>

除了高效、可持續(xù)和可擴(kuò)展，新開發(fā)的納米發(fā)電機(jī)還保留了木材在室內(nèi)設(shè)計(jì)中有用的特點(diǎn)，包括其機(jī)械堅(jiān)固性和暖色等。研究人員表示，這些特性可能有助于促進(jìn)木質(zhì)納米發(fā)電機(jī)作為綠色能源在智能建筑中使用。他們還表示，新設(shè)備有助于緩解氣候變化。

Panzarasa團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化納米發(fā)電機(jī)與化學(xué)涂層，使其更環(huán)保、更容易實(shí)施?！氨M管我們最初專注于基礎(chǔ)研究，但最終這些研究應(yīng)該能在現(xiàn)實(shí)世界中得到應(yīng)用。”Panzarasa說(shuō)，“最終目標(biāo)是了解木材的潛力，并讓其為未來(lái)的可持續(xù)智能建筑提供新屬性?！保▌⑷玳?/p>

相關(guān)論文信息：

https://www.doi.org/10.1016/j.matt.2021.07.022