Ang mga siyentipikong Swiss ay gumagawa ng kuryente mula sa kahoy

May-akda

Puno ng enerhiya: ang nabagong kahoy ay maaaring makabuo ng elektrisidad bilang isang resulta ng pagpapapangit. Sapat ba ang tango para sa madilim na ilaw?

Ang mga mananaliksik na sina Empa at ETH Zurich ay gumawa ng kahoy ng compression at ginawang isang microgenerator. Sa paglo-load ng boltahe ng kuryente ay nilikha. Kaya, ang kahoy ay maaaring magsilbi bilang isang biosensor – o makagawa ng kapaki-pakinabang na enerhiya. Ang huling pangunahing impormasyon: upang ang proseso ay hindi nangangailangan ng agresibong mga kemikal, natural na fungi na sumisira sa kahoy, gawin ang gawain ng pagbabago ng kahoy.

Inga Burgert at ang kanyang koponan na Empa at ETH Zurich ay paulit-ulit na pinatunayan: ang kahoy ay higit pa sa “lamang” isang materyal na gusali. Nilalayon ng kanilang pagsasaliksik na palawakin ang mayroon nang mga katangian ng kahoy upang angkop ito para sa ganap na mga bagong aplikasyon. Halimbawa, nakagawa na sila ng mataas na lakas, pantulak ng tubig at pang-magnet na kahoy. Ngayon, kasama ang pangkat ng pagsasaliksik nina Empa Francis Schwartz at Javier Riber, ang koponan ay nakabuo ng isang simple, madaling gawin sa kapaligiran na proseso ng pagbuo ng kuryente mula sa isang kahoy na espongha, na iniulat nila noong nakaraang linggo sa journal Mga pagsulong sa agham.

Lumilikha ang presyon ng pag-igting ng sponge ng kahoy

Kahit na ang isang maliit na presyon ay maaaring maging sanhi ng isang de-koryenteng boltahe sa isang kahoy na espongha. May-akda: ACS Nano / Empa

Stress sa pamamagitan ng pagpapapangit

Kung nais mong makagawa ng elektrisidad mula sa kahoy, maglalaro ang tinatawag na piezoelectric effect. Nangangahulugan ang Piezoelectricity na ang isang stress sa kuryente ay nilikha bilang isang resulta ng nababanat na pagpapapangit ng mga solido. Ang kababalaghang ito ay pangunahing ginagamit ng metrology, na gumagamit ng mga sensor na bumubuo ng isang senyas ng pagsingil, sabi, sa ilalim ng mekanikal na diin.

Gayunpaman, ang mga naturang sensor ay madalas na gumagamit ng mga materyales na hindi angkop para sa paggamit ng biomedical, tulad ng lead zirconate titanate (PZT), na hindi maaaring gamitin sa balat ng tao dahil sa nilalaman ng tingga nito. Ginagawa rin nitong mapaghamong ang pag-recycle ng kapaligiran ng PZT at Co. Kaya, ang posibilidad ng paggamit ng natural na piezoelectric na epekto ng kahoy ay nagbibigay ng isang bilang ng mga kalamangan. Kung iniisip mo ito, maaaring magamit ang epekto para sa napapanatiling paggawa ng enerhiya. Ngunit una sa lahat ng kahoy ay kailangang bigyan ng kaukulang mga pag-aari. Nang walang espesyal na paggamot ang kahoy ay hindi sapat na kakayahang umangkop; sa ilalim ng impluwensya ng mga mekanikal na naglo-load; samakatuwid sa kurso ng pagpapapangit tanging napakababang presyon ng kuryente ang nilikha.

Mula sa block hanggang sa espongha

Si Jiang Sung, isang mag-aaral ng doktor sa koponan ng Burgert, ay gumamit ng proseso ng kemikal na pinagbabatayan ng iba`t ibang mga “pagpino” ng kahoy na isinagawa ng koponan sa mga nagdaang taon: pagdidisenyo. Ang mga dingding ng mga cell ng kahoy ay binubuo ng tatlong pangunahing mga materyales: lignin, hemicellulose at cellulose.

Nanogenerator ng Piezoelectric

Ganito gumagana ang isang piezoelectric nanogenerator: pagkatapos matunaw ang isang solidong istrakturang kahoy, mananatili ang isang nababaluktot na network ng cellulose. Kapag na-compress ito, nahahati ang mga singil, lumilikha ng isang de-koryenteng boltahe. May-akda: ACS Nano / Empa

“Ang Lignin ay kinakailangan ng puno lalo na upang lumago sa taas. Ito ay imposible kung walang lignin bilang isang nagpapatatag na sangkap na nagbubuklod sa mga cell at pinipigilan ang pagtitiklop ng mga matitigas na fibril ng selulusa, “paliwanag ni Burgert. Upang ang kahoy ay maging isang materyal na madaling mabago, ang lignin ay dapat na hindi bababa sa bahagyang “nakuha”. Nakamit ito sa pamamagitan ng paglalagay ng kahoy sa isang halo ng hydrogen peroxide at suka acid. Natunaw ang Lignin sa acid bath na ito, na iniiwan ang base ng layer ng cellulose.

“Gumagamit kami ng isang hierarchical na istraktura ng kahoy nang hindi natutunaw ito, tulad ng, sa paggawa ng papel, at pagkatapos ay muling pagkonekta sa mga hibla,” sabi ni Burgert. Ang nagresultang puting kahoy na espongha ay binubuo ng superimposed na manipis na mga layer ng cellulose, na maaaring madaling mai-compress at pagkatapos ay muling mapalawak sa orihinal na hugis – ang kahoy ay naging nababanat.

Kuryente mula sa sahig na gawa sa kahoy

Ang koponan ni Burgert ay nagsagawa ng isang pagsubok na kubo na may haba ng gilid na halos 1.5 cm at halos 600 na mga pag-load ng siklo. Nagpakita ang materyal ng kamangha-manghang katatagan. Sa bawat compression, sinukat ng mga mananaliksik ang isang boltahe na halos 0.63 V – sapat na para magamit bilang isang sensor. Sa karagdagang mga eksperimento, sinubukan ng koponan na dagdagan ang kanilang mga kahoy na nanogenerator.

Nanogenerator ng kahoy

Nanogenerator: Matapos matunaw ang solidong istraktura ng kahoy na may acid, mananatili ang mga may kakayahang umangkop na layer ng cellulose (gitna / kanan). Kapag nag-click sa bawat isa, ang iba’t ibang mga sisingilin na lugar ay inililipat sa bawat isa. Ang ibabaw ng materyal ay sinisingil ng kuryente. May-akda: ACS Nano / Empa

Halimbawa, naipakita nila na 30 tulad ng mga kahoy na bloke kapag na-load kahilera sa bigat ng katawan ng isang may sapat na gulang ay maaaring mag-apoy ng isang simpleng LCD display. Samakatuwid, posible na bumuo ng isang sahig na gawa sa kahoy na maaaring palitan ang lakas ng mga taong naglalakad dito, sa kuryente. Sinubukan din ng mga mananaliksik ang pagiging angkop nito bilang isang sensor ng presyon sa balat ng tao at ipinakita na maaari itong magamit para sa mga layuning biomedical.

Application sa proseso ng paghahanda

Gayunpaman, ang gawaing inilarawan sa pinakabagong paglalathala ng koponan ng Empa-ETH ay isang hakbang pa: Ang layunin ay baguhin ang proseso upang hindi na nito kinakailangan ang paggamit ng malupit na kemikal. Natagpuan ng mga mananaliksik ang isang angkop na kandidato na maaaring magsagawa ng delignification bilang isang biological na proseso sa likas na katangian: ang fungus Ganoderma applanatum, ang sanhi ng puting pagkabulok sa isang puno. “Ang fungus ay sumisira sa lignin at hemicellulose partikular na malumanay sa puno,” paliwanag ng Empa researcher na si Javier Ribera, isang proseso na palakaibigan sa kapaligiran. Bukod dito, ang prosesong ito ay maaaring madaling kontrolin sa laboratoryo.

Balsa na gawa sa kahoy at kahoy

Ang mga na-scan na imahe ng electron microscopy (SEM) ng puno ng balsa (kaliwa) at ang na-deligine na puno ay naglalarawan ng mga pagbabago sa istruktura. May-akda: ACS Nano / Empa

Ilang mga hakbang pa ang kailangang gawin bago magamit ang kahoy na “piezo” bilang isang sensor o bilang isang sahig na gawa sa kahoy na bumubuo ng kuryente. Ngunit ang mga benepisyo ng isang simple at sabay na nababagong at nabubulok na sistema ng piezoelectric ay halata – at ngayon ay sinisiyasat sila ni Burgert at ng kanyang mga kasamahan sa mga susunod na proyekto. At upang maiakma ang teknolohiya para sa mga pang-industriya na aplikasyon, ang mga mananaliksik ay nakikipag-usap na sa mga potensyal na kasosyo sa pakikipagtulungan.

Sanggunian: “Pagpapahusay ng Pagbabago ng Mekanikal na Enerhiya mula sa Piniling Pinutol na Kahoy,” Zhangguo Song, Huizhang Guo, Zhang Nutal Shedley, Kunkun Tu, Stephen Sher, Francis UMR Schwartze, Guido Panzaras, Javier Riber, Marso 10, Inga Bouger Mga pagsulong sa agham.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd9138

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.