新(xīn)闻中心

来自瑞士的研究人员正在挖掘我们脚下的一个意想不到的能(néng)源：木(mù质地板。他(tā)们于9月1日在《物(wù)质》杂志(zhì)上发表的纳米发電(diàn)机，使木(mù材能(néng)够从我们的脚步声中产生能(néng)量。他(tā)们还用(yòng)有(yǒu)机硅涂层和嵌入式纳米晶體(tǐ)的组合改进了他(tā)们的纳米发電(diàn)机中使用(yòng)的木(mù材，从而使该设备的效率提高了80倍，足以為(wèi)LED灯泡和小(xiǎo)型電(diàn)子产品供電(diàn)。

该团队首先通过将两块功能(néng)化的木(mù材夹在電(diàn)极之间，将木(mù材转化為(wèi)纳米发電(diàn)机。就像刚从烘干机里出来的紧贴着衬衫的袜子一样，当踩在上面时，木(mù片通过周期性的接触和分(fēn)离而带電(diàn)，这种现象称為(wèi)三電(diàn)效应。電(diàn)子可(kě)以从一个物(wù)體(tǐ)转移到另一个物(wù)體(tǐ)，产生電(diàn)力。然而，用(yòng)木(mù材制作纳米发電(diàn)机有(yǒu)一个问题。

高级作者Guido Panzarasa说木(mù材基本上是中性的，他(tā)是位于苏黎世联邦理(lǐ)工學(xué)院（ETH）和瑞士联邦材料科(kē)學(xué)与技术实验室（Empa）Dübendorf的木(mù材材料科(kē)學(xué)教授小(xiǎo)组的负责人。这意味着木(mù材没有(yǒu)获得或失去電(diàn)子的真正倾向，这限制了该材料的发電(diàn)能(néng)力，因此，挑战是使木(mù材能(néng)够吸引和失去電(diàn)子。

為(wèi)了提高木(mù材的三電(diàn)特性，科(kē)學(xué)家们在一块木(mù材上涂上了聚二甲基硅氧烷（PDMS），一种在接触时获得電(diàn)子的硅酮，同时用(yòng)原位生長(cháng)的纳米晶體(tǐ)（称為(wèi)沸石咪唑框架-8（ZIF-8））对另一块木(mù材进行功能(néng)化。ZIF-8是一种金属离子和有(yǒu)机分(fēn)子的混合网络，具有(yǒu)较高的失去電(diàn)子的倾向。他(tā)们还测试了不同类型的木(mù材，以确定某些物(wù)种或木(mù材被切割的方向是否可(kě)以通过作為(wèi)涂层的更好的支架来影响其三電(diàn)特性。

研究人员发现，用(yòng)径向切割的云杉（一种欧洲常见的建筑用(yòng)木(mù材）制成的三電(diàn)纳米发電(diàn)机表现最好。这些处理(lǐ)方法共同提高了三電(diàn)纳米发電(diàn)机的性能(néng)：它的发電(diàn)量是天然木(mù材的80倍。该设备的電(diàn)力输出在稳定的力作用(yòng)下也很(hěn)稳定，可(kě)持续达1500个周期。

研究人员发现，一个表面积略小(xiǎo)于一张纸的木(mù地板原型可(kě)以产生足够的能(néng)量来驱动家用(yòng)LED灯和小(xiǎo)型電(diàn)子设备，如计算器。当一个成年人在上面行走时，他(tā)们成功地用(yòng)该原型点亮了一个灯泡，将脚步声变成了電(diàn)。
Panzarasa说："我们的重点是证明用(yòng)相对环保的程序改造木(mù材，使其成為(wèi)三電(diàn)的可(kě)能(néng)性。云杉很(hěn)便宜，可(kě)以得到，而且具有(yǒu)良好的机械性能(néng)。这种功能(néng)化的方法相当简单，而且可(kě)以在工业层面上进行扩展，这只是一个工程问题。"

除了高效、可(kě)持续和可(kě)扩展之外，新(xīn)开发的纳米发電(diàn)机还保留了使木(mù材对室内设计有(yǒu)用(yòng)的特点，包括其机械强度和温暖的颜色。研究人员说，这些特点可(kě)能(néng)有(yǒu)助于促进木(mù材纳米发電(diàn)机在智能(néng)建筑中作為(wèi)绿色能(néng)源的使用(yòng)。他(tā)们还说，木(mù材建筑可(kě)以通过在材料的整个生命周期内从环境中封存二氧化碳来帮助缓解气候变化。

Panzarasa和他(tā)的团队的下一步是用(yòng)更环保和更容易实现的化學(xué)涂层进一步优化纳米发電(diàn)机。即使我们最初专注于基础研究，但最终，我们所做的研究应该导致在现实世界的应用(yòng)，最终的目标是了解木(mù材的潜力，超越那些已经知道的潜力，并使木(mù材具有(yǒu)新(xīn)的特性，用(yòng)于未来的可(kě)持续智能(néng)建筑。