科学家们开发出了这种技术的高效形式,其足以为 LED 灯泡和小型电子设备供电

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我们已经看到利用人体运动发电的想法已应用于许多领域,包括鞋类、道路,以及本周刚刚出现的用于治疗受伤肌腱的植入式刺激器装置。这些可能性之一是可以为电子设备提供能量的地板,苏黎世联邦理工学院的科学家们现在已经开发出了这种技术的高效形式,其足以为 LED 灯泡和小型电子设备供电。

多年来,科学家已经研究了一些能够从人类运动中发电的创新地板解决方案,包括室内和室外使用的瓷砖,以及依靠压电效应在机械压力下产生电压的海绵木材。这个新的例子与我们在2016年看到的另一个例子有一些相似之处,科学家将纤维素纳米纤维嵌入木质地板中,通过所谓的摩擦电效应在振动时产生电荷。

摩擦电效应也构成了新的智能木地板的基础,它由两片经过处理的木材单板组成,下面有电极分层。但要使性能达到理想的水平,需要进行一些修补,以解决木材发电能力有限的问题。"木材基本上是中性的,"该研究的高级作者Guido Panzarasa说。“这意味着木材没有获得或失去电子的真正倾向。因此,挑战是使木材能够吸引和失去电子。”

该团队的解决方案涉及在一块木材上涂抹一种接触后容易获得电子的有机硅,并在另一块木材上嵌入金属离子和有机分子,使其具有更高的失去电子的倾向。这种处理方法在不同方向切割的不同种类的木材上进行了测试,然后该团队找到了最有效的选择,即径向切割的云杉。

据科学家们说,这种处理方法使他们的木材比天然木材的发电效率高80倍,并在长达1500次的稳定压力下提供稳定的输出。塑造成一块大约A4纸大小的地板,这种材料可以产生足够的电力为家用LED灯、计算器和其他小型电子产品供电。

Panzarasa说:“我们的重点是证明用相对环保的程序改造木材,使其具有产生摩擦电效应的可能性。云杉很便宜,可以得到,而且具有良好的机械性能。这种功能化的方法相当简单,而且可以在工业层面上进行扩展。这只是一个工程问题。”

科学家们现在正在努力改进他们对木材的处理,使其更加生态友好,并且在他们努力实现商业应用时更容易应用。对他们有利的是,“发电机”保持了木质地板的自然外观和耐用性,这可能使它成为未来智能建筑中注重风格的设计师的一个有吸引力的选择。

Panzarasa说:“最终目标是了解木材的潜力,超越那些已经知道的潜力,并使木材具有新的特性,用于未来的可持续智能建筑。”

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