Идея использования движения человека для выработки электричества - это то, что мы видели применительно ко многим областям, включая обувь, дороги и т.п. Среди этих возможностей - напольные покрытия, которые могут генерировать энергию для питания электроники, и ученые Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали высокоэффективную форму этой технологии и продемонстрировали ее возможности, запитав лампу с помощью шагов.
Мы рассмотрели ряд инновационных решений для напольных покрытий, которые могут генерировать электричество в результате движения человека на протяжении многих лет, включая плитку для внутреннего и наружного использования и губчатую древесину, которая использует пьезоэлектрический эффект для создания напряжения при механическом воздействии. Этот новый пример имеет некоторое сходство с другим, рассмотренным еще в 2016 году, когда ученые внедрили нановолокна целлюлозы в деревянный пол, чтобы генерировать электрический заряд, поскольку они вибрируют благодаря так называемому трибоэлектрическому эффекту.
Трибоэлектрический эффект, хорошим примером которого является статическое электричество, заключается в том, что определенные материалы создают электрический заряд при отделении от другого материала, например, когда носок отделяется от свежей рубашки, за которую он цепляется, когда вы вытаскиваете его из сушилки. Это явление также лежит в основе нового «умного» деревянного пола, состоящего из двух слоев обработанной древесины с нанесенными под ними электродами. Но для того, чтобы довести производительность до желаемого уровня, потребовались некоторые попытки решить проблему ограниченной способности древесины вырабатывать электричество.
«Дерево в основном трибонейтрально», - говорит старший автор исследования Гвидо Панзараса (Guido Panzarasa). «Это означает, что древесина не имеет реальной склонности приобретать или терять электроны. Таким образом, задача состоит в том, чтобы создать древесину, которая способна притягивать и терять электроны».
Решение команды заключалось в покрытии одного куска дерева силиконом, который легко собирает электроны при контакте, и заделке другого куска ионами металлов и органических молекул, которые повышают его склонность к потере электронов. Эта обработка была протестирована на разных породах древесины, спиленных в разных направлениях, прежде чем команда остановилась на наиболее эффективном варианте - ели, спиленной радиально.
По словам ученых, такая обработка позволила их древесине вырабатывать электроэнергию в 80 раз эффективнее, чем натуральное дерево, и обеспечивать стабильную выработку при постоянной нагрузке на протяжении до 1500 циклов. Смоделированный в виде участка пола размером с лист бумаги формата А4, этот материал мог производить достаточно электроэнергии для питания бытовых светодиодных ламп, калькуляторов и другой небольшой электроники.
«Нашей целью было продемонстрировать возможность модификации древесины с помощью относительно безвредных для окружающей среды процедур, чтобы сделать ее трибоэлектрической», - говорит Панзараса. «Ель стоит дешево, доступна и обладает хорошими механическими свойствами. Подход функционализации довольно прост, и его можно масштабировать на промышленном уровне. Это всего лишь вопрос инженерии».
В настоящее время ученые работают над улучшением своей обработки древесины, чтобы сделать ее более экологичной и простой в применении, поскольку они работают над коммерческим применением. В их пользу работает то, что генератор сохраняет естественный вид и долговечность деревянных полов, что может сделать его привлекательным вариантом для дизайнеров умных зданий будущего, которые заботятся о стиле.
«Конечная цель - понять потенциальные возможности древесины, выходящие за рамки уже известных, и придать древесине новые свойства для будущих эко-устойчивых умных зданий», - говорит Панзараса.
Исследование было опубликовано в журнале Matter.
Источник: Cell via EurekAlert
