
谁能忘记那些闪亮、耗能的电动迪斯科地板?但是,很快我们可能会有一种新型的木头制成的电动地板,当你在上面行走时,它就会自己发电,这要归功于压电效应。
压电效应是在某些材料受到机械应力时产生的,我们曾展示过压电砖,人们在上面行走或跳跃会产生电力,使其发光,但这些都是复杂的机械装置。长期以来,人们都知道木材中的纤维素具有压电性,但其输出量可以忽略不计,然而,现在由苏黎世联邦理工学院建筑材料研究所木质材料科学的IngoBurgert领导的团队已经想出了如何将木材中的电能激发出来的方法。
研究人员在《科学进展》中解释说,木材中的压电效应来自于结晶纤维素,但由于木材是固体可以防止晶体被压缩,所以影响很小,但踩过腐烂木头的人都知道,木材是软绵绵的,因为真菌吃了木材中的结构材料木质素。所以研究人员用白腐真菌处理巴沙木,在10周时找到了平衡点,本来就很轻的巴沙木减重45%。

为了进一步评价巴沙木在真菌处理前后的力学性能,我们进行了多次压缩测量。腐朽木材(失重45%)沿切线方向表现出较高的机械可压缩性,并且在释放应力后可以恢复到原始状态,与刚性的原生木材形成鲜明对比。

他们发现,这种扁木可以被压上百次,而且在机械上仍然是稳定的。然后,他们设置了一个电机来压制木材,并设置了一个仪表来测量电输出,腐木上的电输出是原生木材的58倍。电压越来越高的原因是朽木的机械可压缩性越来越高,这与失重增加有关。

输出仍然不是很高,只有8.4伏,电流为13.3纳安培(nA,十亿分之一安培),但木块的体积很小,5/8英寸见方,1/2英寸高。然而,它们可以像电池一样被连接在一起来增加输出,这就是为什么电池在英国被称为堆,一堆独立的电池。研究人员将其中9个钩在一起,并用薄薄的单板覆盖,并将它们连接到LED上。这样就可以成为一个自供电的迪斯科地板。在此研究的基础上,我们设想可以制造大规模的木地板,让人类的活动产生电力,比如在舞厅里。
研究人员指出,有很多化学物质,如氢氧化钠,可以用来代替真菌,可能会更快。然而,化学脱木质化方法的这些优点被我们基于真菌的方法的根本优势所抵消:即完全可持续和环境友好。
然而,这些生物过程如腐烂并不是均匀发生的,这可能会引起问题,还没有对均匀性做具体的研究,但我们在用真菌对木材进行生物工程方面有很强的专业性。
巴沙木并非来自濒危树木,可以想象,在不使用化学品的工程木地板中有真正的好处。
腐朽的木块并联或串联起来产生更大的元件,可以产生更高的电流或电压,并用于运行低功耗的电子设备,这表明在未来建筑中应用的可行性。这项研究为使用可再生和可持续加工的材料设计未来建筑提供了新的可能性,由于能够通过各种室内人类活动产生自己的电力,因此具有更高的能源效率。
脚下踩着半英寸软绵绵的香樟木的另一个好处是,可能会有巨大的声音衰减效益。降低声音的效果,尤其是脚步声,会是处理后一个非常好的"副作用",但研究人员还没有对此进行研究。到目前为止,重点是通过完全绿色的工艺增强木材的压电性。在这第一步之后,接下来还需要进行升级改造和应用相关的优化研究工作。
我们期待这种升级换代,以及发电的全天然工程木地板,能来到你附近的客厅或迪厅。
Journalreference:ScienceAdvances,DOI:10.1126/