瑞士联邦材料科学与技术实验室 轻木(左)和脱木质素木材的扫描电子显微镜图像说明了结构变化
学分:ACS Nano / Empa 英戈·伯格特和他在Empa和苏黎世联邦理工学院的团队已经一次又一次地证明了这一点:木材不仅仅是一种建筑材料
他们的研究旨在扩展木材的现有特性，使其适用于全新的应用领域
例如，他们已经开发出高强度、防水和可磁化的木材
现在，与弗朗西斯·施瓦兹和哈维尔·里贝拉的Empa研究小组一起，研究小组开发了一种简单、环保的工艺，用一种木质海绵发电，正如他们上周在《科学进展》杂志上报道的那样
变形电压 如果你想用木头发电，所谓的压电效应就发挥作用了
压电性是指固体的弹性变形产生电压
这种现象主要由计量学利用，它使用传感器产生电荷信号，比如，当施加机械负载时
然而，这种传感器通常使用不适合在生物医学应用中使用的材料，例如锆钛酸铅(PZT)，由于其含有铅，所以不能用于人体皮肤
这也使得压电陶瓷和钴的生态处理变得相当棘手
因此，能够利用木材的自然压电效应具有许多优点
如果进一步考虑，这种效应也可以用于可持续能源生产
但首先，木材必须具有适当的性质
没有特殊处理，木材不够柔韧；当受到机械应力时；因此，在变形过程中仅产生非常低的电压
从积木到海绵 孙建国，博士
D
伯格团队中的一名学生使用了一种化学工艺，该工艺是该团队近年来对木材进行各种“改良”的基础:脱木质素
木材细胞壁由三种基本材料组成:木质素、半纤维素和纤维素
“木质素是树木生长到很高高度所需要的
如果没有木质素作为连接细胞和防止刚性纤维素纤维弯曲的稳定物质，这是不可能的，”伯格解释说
为了将木材转化为易于变形的材料，木质素必须至少被部分“提取”
“这是通过将木材放入过氧化氢和乙酸的混合物中来实现的
木质素溶解在酸浴中，留下纤维素层框架
“我们利用了木材的等级结构，而没有首先溶解它，例如造纸，然后不得不重新连接纤维，”伯格说
由此产生的白色木质海绵由叠加的纤维素薄层组成，这些薄层可以很容易地挤压在一起，然后膨胀回到它们的原始形状——木材变得有弹性
这就是压电纳米发电机的工作原理:在坚硬的木质结构被分解后，一个柔韧的纤维素网络依然存在
当它被挤压时，电荷被分离，产生电压
学分:ACS Nano / Empa 木地板上的电 Burgert的团队测试了边长约为1的立方体
5厘米至约600次负载循环
这种材料显示出惊人的稳定性
每次压缩时，研究人员测量的电压约为0
63V—足够用作传感器
在进一步的实验中，该团队试图扩大木制纳米发电机的规模
例如，他们能够展示30个这样的木块，当与一个成年人的体重平行时，可以点亮一个简单的液晶显示器
因此，开发一种能够将行走在上面的人的能量转化为电能的木地板是可以想象的
研究人员还测试了其作为人体皮肤压力传感器的适用性，并表明其可用于生物医学应用
制备中的应用 然而，Empa-ETH团队的最新出版物中描述的工作更进了一步:目标是以不再需要使用腐蚀性化学物质的方式修改过程
研究人员发现了一个合适的候选物，可以在自然界中以生物过程的形式进行脱木素:真菌树舌，木材白腐的原因
“真菌特别温和地分解木材中的木质素和半纤维素，”Empa研究人员哈维尔·里贝拉解释说，这是一个环保的过程
此外，这个过程在实验室里很容易控制
在“压电”木材可以用作传感器或发电木地板之前，还有一些步骤要做
但是这种简单同时又可再生和可生物降解的压电系统的优势是显而易见的——现在伯格特和他的同事正在后续项目中进行研究
为了将这项技术应用于工业，研究人员已经在与潜在的合作伙伴进行谈判
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