《木材变得有弹性可发电?瑞士科学家开发新工艺》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2021-03-20
  • Empa和苏黎世联邦理工学院的研究人员将木材变得可压缩,并将其变成一个微型发电机。当它被加载时,就会产生电压。通过这种方式,木材可以作为生物传感器或产生可用的能源。为了确保这个过程不需要腐蚀性的化学品,自然产生的木材降解真菌接管了改造木材的任务。

    Ingo Burgert和他在Empa和苏黎世联邦理工学院的团队已经一次次证明了这一点。木材不仅仅是一种建筑材料。他们的研究旨在扩展木材的现有特性,使其适合全新的应用范围。例如,他们已经开发出高强度、防水、可磁化的木材。现在,该团队与Francis Schwarze和Javier Ribera组成的Empa研究小组一起,开发出了一种简单、环保的从一种木质海绵中发电的工艺,他们上周在《科学进展》杂志上进行了报道。

    如果你想用木材发电,所谓的压电效应就会发挥作用。压电效应是指通过固体的弹性变形产生电电压。这种现象主要被计量学所利用,计量学使用的传感器会产生电荷信号,比如说,当机械负载被施加时,就会产生电荷信号。

    然而,这种传感器通常使用的材料不适合用于生物医学应用,例如锆钛酸铅(PZT),由于其含有铅,不能用于人体皮肤。这也使得PZT和Co的生态处理相当棘手。因此,能够利用木材的天然压电效应,具有很多优势。如果进一步思考,这种效应也可以用于可持续的能源生产。但首先,必须赋予木材适当的特性。如果没有经过特殊处理,木材的柔韧性不够;当受到机械应力时;因此,在变形过程中只会产生很低的电压。

    伯格特团队的博士生Jianguo Sun使用了一种化学工艺,这也是该团队近年来对木材进行各种 "改良 "的基础:脱木质化。木材细胞壁由三种基本材料组成:木质素、半纤维素和纤维素。刚性的木质结构被溶解后 剩下的是柔韧的纤维素网络,当这个网络受到挤压时,电荷被分离,产生电压。为了将木材转化为易于变形的材料,木质素必须至少被部分 "提取"。这是通过将木材置于过氧化氢和乙酸的混合物中来实现的。木质素在这个酸浴中被溶解,留下一个纤维素层的框架。

    研究人员利用了木材的层次结构,由此产生的白色木质海绵由叠加的薄层纤维素组成,这些纤维素可以很容易地被挤压在一起,然后膨胀回原来的形态,木材变得有弹性了。Burgert的团队将边长约1.5cm的测试方块进行了约600次的负载循环。该材料表现出惊人的稳定性。在每次压缩时,研究人员测量到的电压约为0.63V,足以作为传感器应用。在进一步的实验中,该团队试图扩大他们的木质纳米发电机的规模。

  • 原文来源:http://www.nengyuanjie.net/
相关报告
  • 《德国科学家研发提锂新工艺》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-07-28
    • 随着科学技术的不断发展,当今世界可谓是日新月异。电子产品不断更新换代,而随着“绿色主题”的兴起,电动汽车也愈发受到人们的喜爱。有鉴于此,当前世界对锂金属的需求正呈爆 炸式增长。但陆地的锂矿资源毕竟有限,科学家们只能不断研发新技术,从其他地方提取锂资源。 近期,德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology,简称KIT)应用地球科学研究所Jens Grimmer博士与英格勒-邦特研究所(Engler Bunte Institute)的Florencia Saravia博士,共同研发出了一种从地热中提锂的新工艺,将其命名为“Grimmer-Saravia工艺”,并为其申请了专利。 据了解,“Grimmer-Saravia工艺”主要分为两步: 1.将锂离子从热水中滤出; 2.进一步冷凝,直到锂以盐的形式沉淀出来。 KIT能源中心的科学家们表示,德国地热供暖和电力设施的热水循环系统中溶解了大量的锂资源,足以满足德国大多数电池制造商的需求。Grimmer博士说:“据我们所知,每公升地热水中锂含量高达200毫克。如果我们持续利用这种潜力,我们可以满足德国相当一部分的需求。” “锂被提取出来后,热水返回到地下,该过程不会释放有害物质,也不会破坏地热发电和热能,并可在几个小时内从地热工厂的热水循环系统中连续提取锂。”他补充说。 不同于南美盐湖卤水和澳大利亚伟晶岩中的传统提锂方法,该工艺利用了现有的地热设施来实现提锂。而且相比之下,南美卤水的富集需要几个月的时间,并且高度依赖于天气。在常规的锂生产中,强降雨会导致数周甚至数月的延迟。此外,这个新工艺还可以同时从热水中提取其他稀有元素,如铷和铯。 该研究进展的影响将是巨大的。如今,德国有许多正在运营或在建的电池厂,以满足国内汽车工业的需求。巴斯夫(BASF)去年宣布,将在勃兰登堡新建一家工厂,距离特斯拉的新工厂不远。宁德时代(CATL)也正在联邦德国图林根州埃尔福特市建造其欧洲第一家电池工厂。出于对亚洲公司主导汽车制造商电池供应的担忧,德国已拨出20亿欧元,鼓励德国企业在该国建立电池工厂。而当地的锂资源将大大推动这些计划。 据了解,莱茵河上游平原的地热资源丰富,该地区建有大量地热工厂,每年有多达数十亿公升的热水流过这些工厂。两位科学家与几个行业合作伙伴正在开发一种测试设备。第一台原型机计划在莱茵河上游平原的地热设施中安装,最初将提取几公斤碳酸锂或氢氧化锂。如果试验成功,研究人员表示他们计划建造一个大型工厂,每年可为欧洲电池制造商提供数千吨的锂。 电动汽车的批评者总说,制造电池是一个碳密集型的过程,因此许多汽车制造商现在热衷于减少制造电动汽车对环境的不利影响。如今,可持续性是大众和宝马的主要考虑因素。对这些公司来说,能够以一种几乎不影响环境的方式从当地获取锂,将是一个巨大的利好。
  • 《瑞士科学家发明新材料 受到压力可产生电力》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2017-11-20
    • 瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员开发出了一种柔性的新材料,这种薄而柔韧的橡胶材料可以在拉伸和压缩时产生电流 ,其应用范围包括起搏器和服装等等。 压电效应使得这种材料成为可能。这种效果在模拟记录播放器中最为常见,因为它可以通过读取唱片的凹槽来播放音乐。通过压电效应,这些震动被转化为产生声波的电脉冲。将机械运动转化为电能的过程,也是研究人员创造的材料中所发生的变化。 Dorina Opris 和她的同事不仅创造了一种令人难以置信的材料,他们已经突破了我们所知道的压电效应的界限。在此之前,它只在晶体中观察到,但 Opris 和她的团队证明了这些特性也可以存在于弹性材料中。 不幸的是,这种令人兴奋的新材料并不容易生产。极性纳米粒子和硅胶在被连接之前,必须进行加工。然后,在薄而有弹性的薄膜中引入一个强电场,并通过将材料暴露在极热然后极冷的温度下产生压电效应。 这种材料无疑是有趣的。但除了新奇之外,它还可能拥有数量惊人的独特应用。由于它纤薄、柔韧、有机的特性,它与笨重的电子产品相比,可以更无缝地与人体进行操作。 正因为如此,它被考虑在压力传感器、心脏起搏器和其他医疗设备中使用。该材料还可以用于服装、控制按钮,甚至可穿戴式显示器,这些显示器可以通过佩戴者的运动产生电流。