據(jù)麥姆斯咨詢報道，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zürich）和瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所（EMPA）的一支聯(lián)合研究小組發(fā)現(xiàn)，通過一種真菌腐化木材使其軟化，可以增強木材的壓電效應(yīng)來收集能量進行發(fā)電。在他們發(fā)表在Science Advances雜志上的論文中，研究小組介紹了他們的開發(fā)過程以及測試結(jié)果。

全球都在努力發(fā)展更清潔的能源生產(chǎn)系統(tǒng)，科學(xué)家們正在尋找新的發(fā)電方法。一種可行的方案是利用壓電器件，通過收集腳步等運動的機械能來產(chǎn)生電能。研究人員注意到當(dāng)人們四處走動時，很多能量被浪費了。此前，有研究嘗試?yán)脼樾踊蛲炔吭O(shè)計某種裝置來利用其中的一些能量。在這項新研究中，研究人員換了個角度，他們探索了是否可以在地板上增強壓電效應(yīng)來收集能量。

木材是一種傳統(tǒng)的建筑材料，由于其顯著的可持續(xù)性、可再生性和可作為二氧化碳儲存資源的優(yōu)勢，其用途日益擴大。除此之外，木材甚至還可以開發(fā)用于建筑發(fā)電。木材細胞壁主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。而纖維素由無定形和結(jié)晶區(qū)組成。

真菌處理后木材結(jié)構(gòu)的演變，第二行展示了木材的壓電效應(yīng)原理

木材的壓電效應(yīng)源自具有一定結(jié)晶區(qū)的纖維素木材介質(zhì)，在壓力或機械振動等作用下的應(yīng)變所引發(fā)的電荷定向集聚，主要發(fā)生于纖維素的結(jié)晶區(qū)。最早由E. Fukada等人在1955年報道了對木材壓電效應(yīng)的研究。不過，由于較低的壓電模量以及木材本身有限的可壓縮變形性，阻礙了木材用于能量收集的進展。

在研究用于制造地板尤其是家庭地板的木材種類時，聯(lián)合研究小組發(fā)現(xiàn)，作為能量收集系統(tǒng)的必要組成部分，地板并沒有太多的可壓縮性。為了解決這個問題，他們發(fā)現(xiàn)將一種白腐真菌涂在巴爾沙木片上，經(jīng)過數(shù)周的時間能有效地加速木片的腐化過程，部分去除木材中的木質(zhì)素和半纖維素，從而得到具有增強可壓縮性的生物改性木材。當(dāng)踩在木頭上時，研究人員能感覺到它被壓縮了，而當(dāng)壓力消除后，木片還可以恢復(fù)到原來的形狀。

真菌處理前后木材的機械性能

在最近的一項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)脫木質(zhì)素處理可以增強木材的變形能力，從而增強壓電輸出。通過應(yīng)用這種高度可持續(xù)的方法，可以制造出一種壓電效應(yīng)提高55倍的高效木材能量收集器。這項研究成果為理解木材壓電性能并為其發(fā)展應(yīng)用打開了大門。這種綠色、生物相容、可生物降解且成本效益高的真菌處理木材，或能成為未來可持續(xù)綠色建筑中有用的點能量源。

利用真菌處理過的木片在住宅模型中為商用LED供電

為了驗證他們最初的設(shè)想，研究人員用這種真菌處理過的木片進行了實驗，在木片上構(gòu)建了一套壓電裝置，通過一根連接在LED燈上的電線傳送產(chǎn)生的電能。然后把木頭放在地板上，人們可以在上面“行走”。實驗測得，這種真菌處理的木材立方體（15 mm x 15 mm x 13.2 mm）在45 kPa應(yīng)力下，能產(chǎn)生0.87 V的最大電壓和13.3 nA的電流。當(dāng)有人在上面“走過”，LED燈就會點亮。研究人員注意到，雖然產(chǎn)生的電量只有0.87 V，但是，這個系統(tǒng)可以很容易地擴大到覆蓋家庭所有的地板，產(chǎn)生足夠的電能，或許就能為部分電器供電。

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