蘑菇和木地板的电 01.04.2021

木材由木质素基质中的纤维素纤维和半纤维素聚合物组成。 木材成分中的纤维素可以是无定形的和结晶的。 后者的存在使木材成为一种压电材料——一种在变形作用下产生电荷的材料。 当纤维素微晶被压缩时，正负电荷的重心在空间上发散，并在微晶表面产生电荷以保持静电平衡。 自五十年代以来，木材的压电特性就为人所知，但没有人制造出用于发电的商业材料和设备——由于压电模量低和木材的可变形性，这被认为是无利可图的。

由苏黎世联邦理工学院的 Ingo Burgert 领导的瑞士科学家设法增强了木材的压电特性。 Burgert 和他的同事们早就能够在其基础上改变木材的特性并获得各种功能材料。 例如，去年他们通过溶解木质素并用发光量子点溶液代替它，将轻木变成了一种发光材料。 要使木材成为良好的压电材料，还需要溶解木质素，这样木材就会变得松散，更容易变形。 为了在不破坏纤维素骨架的情况下温和地进行溶解，Burgert 和他的同事提出了一个意想不到的解决方案——他们用担子菌科的蘑菇处理木材。

科学家们再次将密度为 94,8 公斤/立方米的轻木（Ochroma pyramidale）作为材料的基础。 三种类型的真菌被用来溶解木质素：Phanerochaete chrysosporium、Ganoderma adspersum 和 Ganoderma applanatum。 木材被切成薄片，白天在 100 度的温度下干燥，将新鲜制备的蘑菇培养物涂在表面上，并在潮湿的环境中放置 4 到 12 周。

为了控制真菌有时间吸收多少木质素，将木材样品彻底清洁并再次干燥一天，然后称重。 最快的木质素损失由真菌 Ganoderma applanatum 提供。 Burgert 和他的同事认为的最佳加工时间为 45 周（对应于主要由于木质素造成的 XNUMX% 的重量减轻）——加工时间越长，木材变得太松，强度显着下降。 傅里叶红外光谱证实真菌优先吸收木质素，并且还观察到半纤维素的轻微损失。 但是木材的纤维素框架在处理后几乎没有变化——这不仅在红外光谱中清晰可见，而且在扫描电子显微镜的图像中也清晰可见。

不含木质素的木材具有更好的可压缩性。 结果，纤维素微晶中电荷重心的位移以更大的幅度发生，压电效应也增加。 一块尺寸为 15 x 15 x 13,2 毫米的处理过的木材产生 0,87 伏的电压和 13,3 纳安的电流。 这比同等条件下的未改性木材高出五十五倍。 通过串联九个这样的立方体，作者获得了足以为发光二极管供电的电力。

作者建议使用这种新材料制造一种地板覆盖物，该地板覆盖物将在人类脚步的重量下产生电力。 这种涂层可以放置在老年人的家中，并由传感器供电，如果一个人跌倒，传感器就会被激活。 在舞蹈室和健美操室使用压电木地板有更多奇特的想法。 请注意，到目前为止，Burgert 和他的同事仅从轻木中获得了一种压电材料——轻且具有大量孔隙。 将来，他们将采用这种方法来生产密度更大、重量更重的木材。