Điện từ nấm và sàn gỗ 01.04.2021

Gỗ bao gồm các sợi polyme cellulose và hemicellulose trong một nền lignin. Xenlulo trong thành phần của gỗ có thể ở dạng vô định hình và dạng tinh thể. Sự hiện diện của chất sau làm cho gỗ trở thành vật liệu áp điện - một vật liệu trong đó các điện tích sinh ra dưới tác động của biến dạng. Khi các tinh thể xenlulo bị nén, trọng tâm của các điện tích âm và dương phân kỳ trong không gian, và các điện tích xuất hiện trên bề mặt của tinh thể để duy trì trạng thái cân bằng tĩnh điện. Tính chất áp điện của gỗ đã được biết đến từ những năm XNUMX, nhưng không ai chế tạo vật liệu và thiết bị thương mại để tạo ra điện từ nó - do mô đun áp điện thấp và tính dễ biến dạng của gỗ, điều này được coi là không có lợi.

Các nhà khoa học Thụy Sĩ do Ingo Burgert từ ETH Zurich dẫn đầu đã tìm cách nâng cao tính chất áp điện của gỗ. Burgert và các đồng nghiệp của ông từ lâu đã có thể thay đổi các đặc tính của gỗ và thu được các vật liệu chức năng khác nhau trên cơ sở của nó. Ví dụ, năm ngoái, họ đã biến gỗ balsa thành vật liệu phát sáng bằng cách hòa tan lignin và thay thế nó bằng dung dịch chấm lượng tử phát quang. Để làm cho gỗ trở thành một chất áp điện tốt, bạn cũng cần phải hòa tan lignin, khi đó gỗ sẽ trở nên lỏng hơn và dễ biến dạng hơn. Để tiến hành hòa tan một cách nhẹ nhàng, không làm hỏng khung xenlulo, Burgert và các đồng nghiệp của ông đã đề xuất một giải pháp bất ngờ - họ xử lý gỗ bằng nấm từ bộ phận basidiomycete.

Các nhà khoa học lại lấy gỗ nhẹ của cây balsa (Ochromaramidale) với mật độ 94,8 kg trên mét khối làm cơ sở vật liệu. Ba loại nấm được sử dụng để phân giải lignin: Phanerochaete chrysosporium, Ganoderma adspersum, và Ganoderma applanatum. Gỗ được cắt thành từng tấm mỏng, sấy khô ở nhiệt độ 100 độ trong ngày, cấy nấm vừa sơ chế lên bề mặt và để trong không khí ẩm trong thời gian từ 4 đến 12 tuần.

Để kiểm soát lượng lignin mà nấm có thời gian hấp thụ, các mẫu gỗ được làm sạch kỹ lưỡng và làm khô lại trong một ngày, sau đó được cân. Sự mất lignin nhanh nhất là do nấm Ganoderma applanatum cung cấp. Thời gian xử lý tối ưu mà Burgert và các đồng nghiệp của ông xem xét là 45 tuần (tương ứng với việc giảm XNUMX% trọng lượng chủ yếu do lignin) - với quá trình xử lý lâu hơn, gỗ trở nên quá lỏng và mất sức mạnh đáng kể. Phương pháp quang phổ IR Fourier xác nhận rằng nấm hấp thụ ưu tiên lignin, và một chút hemicellulose cũng được quan sát thấy. Nhưng khung cellulose của gỗ thực tế vẫn không thay đổi sau khi xử lý - điều này có thể nhìn thấy rõ ràng không chỉ trong quang phổ IR, mà còn trong hình ảnh của kính hiển vi điện tử quét.

Gỗ không chứa lignin có khả năng chịu nén tốt hơn. Kết quả là, sự dịch chuyển trọng tâm của điện tích trong tinh thể xenlulozơ xảy ra với biên độ lớn hơn, và hiệu ứng áp điện cũng tăng lên. Một khối gỗ đã qua xử lý có kích thước 15 x 15 x 13,2 mm tạo ra điện áp 0,87 volt và dòng điện 13,3 nanomps. Con số này nhiều hơn năm mươi lăm lần so với gỗ chưa qua chế biến trong cùng điều kiện. Bằng cách mắc nối tiếp chín khối lập phương như vậy, các tác giả đã thu được lượng điện đủ để cung cấp năng lượng cho một điốt phát quang.

Từ vật liệu mới, các tác giả đề xuất chế tạo một tấm phủ sàn có thể tạo ra điện năng dưới sức nặng của bước đi của con người. Một lớp phủ như vậy có thể được đặt trong nhà của người già và được cung cấp năng lượng bởi các cảm biến được kích hoạt nếu một người bị ngã. Có nhiều ý tưởng kỳ lạ hơn để sử dụng sàn gỗ áp điện trong các phòng khiêu vũ và thể dục nhịp điệu. Lưu ý rằng cho đến nay Burgert và các đồng nghiệp của ông đã thu được một vật liệu áp điện chỉ từ gỗ balsa - nhẹ và có một số lượng lớn các lỗ rỗng. Trong tương lai, họ sẽ điều chỉnh phương pháp này cho các loại gỗ dày hơn và nặng hơn.