压电效应是某些材料响应施加的机械应力而产生电荷的能力。表现出这种效果的材料之一是木材,现在瑞士联邦材料科学与技术实验室和苏黎世联邦理工学院的研究人员,已经开发出一种将木材变成微型发电机的方法。
研究人员使用化学方法从木质细胞中去除了木质素,木质素是赋予木材刚性的物质。去除木质素后,得到的是一种木质海绵,由很薄的纤维素薄层组成,可以很容易地挤压在一起,然后再膨胀回原来的形状。
然后将测试立方体木质海绵反复压缩,产生约0.63V的电压,足以为传感器供电。通过并行使用大约30台木质纳米发电机,并用相当于成年人体重的力对其进行压缩,研究人员能够产生足够的电能来点亮简单的LED显示屏。这证明了木地板可用于将步行者的能量转换为电的可能性。
研究人员朝着可持续性迈进了一步,研究人员还开发了一种无需使用刺激性化学物质,即可从木材中去除木质素的方法,通过使用一种真菌,即灵芝,自然分解木质素。Empa的研究员哈维尔·里贝拉(Javier Ribera)解释说:真菌会特别缓慢地分解木材中的木质素和半纤维素。该过程可以在实验室中轻松控制。
这不是压电技术的激动人心的发展。压电技术领域的先前创新包括使用压电路面砖从步行的行人中产生电能,以及一种压电织物,该压电织物可以在行进时产生电能。
在将“压电”木材用作传感器或用作发电的木地板之前,还有很长的路要走。但是,如果成功的话,使用可再生和可生物降解的压电系统将具有巨大的优势。
首席研究员Ingo Burgert和他的同事们正在寻找商业合作伙伴,以帮助进一步开发木材纳米发电机并使该技术适应工业应用。如果成功的话,我们有一天可能会在走路或跳舞时全都自己发电。这项研究发表在ACS Nano 和 Science Advances杂志上。
压电效应:某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。相反,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。