버섯과 나무 바닥에서 전기 01.04.2021

목재는 리그닌 매트릭스에 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 폴리머의 섬유로 구성되어 있습니다. 목재 구성의 셀룰로오스는 무정형 및 결정질 일 수 있습니다. 후자의 존재는 나무를 압전 재료로 만듭니다. 변형 작용으로 전하가 발생하는 재료입니다. 셀룰로오스 결정자가 압축되면 양전하와 음전하의 무게중심이 공간적으로 발산하여 결정자 표면에 전하가 발생하여 정전기적 평형을 유지한다. 나무의 압전 특성은 XNUMX년대부터 알려져 있었지만 아무도 전기를 생산하기 위한 상업적 재료와 장치를 만들지 않았습니다. 낮은 압전 계수와 나무의 변형성으로 인해 이것은 수익성이 없는 것으로 간주되었습니다.

ETH Zurich의 Ingo Burgert가 이끄는 스위스 과학자들은 목재의 압전 특성을 향상시키는 데 성공했습니다. Burgert와 그의 동료들은 오랫동안 목재의 특성을 변화시키고 이를 기반으로 다양한 기능성 재료를 얻을 수 있었습니다. 예를 들어 작년에 그들은 리그닌을 녹이고 발광 양자점 용액으로 대체하여 발사나무를 발광 물질로 바꿨습니다. 나무를 좋은 압전으로 만들려면 리그닌도 녹일 필요가 있습니다. 그러면 나무가 느슨해지고 변형이 더 쉬워집니다. 셀룰로오스 골격을 손상시키지 않으면서 부드럽게 용해하기 위해 Burgert와 그의 동료들은 예상치 못한 해결책을 제안했습니다. 그들은 담자균류 부서의 버섯으로 목재를 처리했습니다.

과학자들은 다시 94,8kg/m100의 밀도를 가진 발사나무(Ochromapyramidale)의 가벼운 목재를 재료의 기초로 사용했습니다. Phanerochaete chrysosporium, Ganoderma adspersum 및 Ganoderma applanatum의 세 가지 유형의 곰팡이가 리그닌을 용해하는 데 사용되었습니다. 나무를 얇은 판으로 자르고 낮에는 4도의 온도에서 건조시키고 갓 준비한 버섯 양식을 표면에 적용하고 12 ~ XNUMX 주 동안 습한 대기에 두었습니다.

균류가 흡수할 수 있는 리그닌의 양을 제어하기 위해 목재 샘플을 철저히 청소하고 하루 동안 다시 건조시킨 다음 무게를 쟀습니다. 리그닌의 가장 빠른 손실은 균류 Ganoderma applanatum에 의해 제공되었습니다. Burgert와 그의 동료들은 45주(주로 리그닌으로 인한 XNUMX%의 체중 감소에 해당)를 고려한 최적의 가공 시간을 고려했습니다. 가공 시간이 길어질수록 목재가 너무 헐거워지고 강도가 크게 감소했습니다. 푸리에 IR 분광법을 통해 곰팡이가 리그닌을 우선적으로 흡수하고 헤미셀룰로오스의 약간의 손실도 관찰됨을 확인했습니다. 그러나 목재의 셀룰로오스 프레임은 처리 후에도 거의 변하지 않은 채로 남아 있었습니다. 이것은 IR 스펙트럼뿐만 아니라 주사 전자 현미경의 이미지에서도 명확하게 볼 수 있습니다.

리그닌이 없는 목재는 압축성이 더 우수했습니다. 그 결과, 셀룰로오스 결정자에서 전하의 무게중심 변위가 더 큰 진폭으로 발생하고 압전 효과도 증가하였다. 15 x 15 x 13,2mm 크기의 처리된 목재 큐브는 0,87볼트의 전압과 13,3나노암페어의 전류를 생성했습니다. 이는 동일한 조건에서 변형되지 않은 목재보다 XNUMX배 더 많습니다. 이러한 큐브 XNUMX개를 직렬로 연결하여 저자는 발광 다이오드에 전력을 공급하기에 충분한 전기를 얻었습니다.

이 새로운 재료에서 저자는 사람의 발 무게로 전기를 생산할 바닥재를 만들 것을 제안합니다. 그러한 코팅은 노인의 집에 배치될 수 있으며 사람이 넘어지면 작동되는 센서에 의해 구동될 수 있습니다. 댄스 룸과 에어로빅 룸에서 압전 나무 바닥을 사용하는 것에 대한 더 이국적인 아이디어가 있습니다. 지금까지 Burgert와 그의 동료들은 빛과 많은 수의 기공이 있는 발사나무에서만 압전 재료를 얻었다는 점에 유의하십시오. 앞으로 그들은 더 밀도가 높고 무거운 유형의 목재에 이 방법을 적용할 것입니다.