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

該團隊首先將兩片功能化木材夾在電極之間，將它們轉化為納米發(fā)電機。木片在被人們踩上時，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。電子可以從一個物體轉移到另一個物體并產生電流。

然而，用木材制造納米發(fā)電機有一個問題?！澳静幕旧鲜悄Σ林行缘摹！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⑷鹗刻K黎世聯(lián)邦理工學院和聯(lián)邦材料科學與技術實驗室木質材料科學教授Guido Panzarasa說，“這意味著木材沒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。”

為了提高木材的摩擦電性能，科學家在一塊木材上涂了聚二甲基硅氧烷（PDMS），一種通過接觸就能獲得電子的硅酮，同時用一種原位生長的名為沸石咪唑酯骨架結構材料—8（ZIF-8）的納米晶體對另一塊木材進行功能化。ZIF-8是金屬離子和有機分子的混合網絡，具有較高的失電子傾向。研究人員還測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)電機產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1500循環(huán)。

一個表面積略小于一張紙的木地板原型機，可以產生足夠的能量驅動家用LED燈和小型電子設備，如計算器。當一個成年人走在原型機上時，該設備能將腳步轉化為電能，成功地點亮一個燈泡。

Panzarasa說：“我們的重點是用相對環(huán)保的方式改變木材，使其能夠摩擦發(fā)電。云杉價格便宜，而且有良好的機械性能。我們提出的功能化方法非常簡單，并且可以在工業(yè)級別上進行擴展?！?/p>

除了高效、可持續(xù)和可擴展，新開發(fā)的納米發(fā)電機還保留了木材在室內設計中有用的特點，包括其機械堅固性和暖色等。研究人員表示，這些特性可能有助于促進木質納米發(fā)電機作為綠色能源在智能建筑中使用。他們還表示，新設備有助于緩解氣候變化。

Panzarasa團隊計劃進一步優(yōu)化納米發(fā)電機與化學涂層，使其更環(huán)保、更容易實施?！氨M管我們最初專注于基礎研究，但最終這些研究應該能在現(xiàn)實世界中得到應用?！盤anzarasa說，“最終目標是了解木材的潛力，并讓其為未來的可持續(xù)智能建筑提供新屬性?！保▌⑷玳?/p>

相關論文信息：

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