據(jù)多倫多大學(xué)和滑鐵盧大學(xué)的研究人員稱，木材衍生材料可用于從日常運(yùn)動(dòng)（如步行）中獲取電能。


發(fā)表在Nano Energy上的一項(xiàng)新研究中，該團(tuán)隊(duì)展示了一種能夠通過(guò)藍(lán)牙向智能手機(jī)發(fā)送無(wú)線信號(hào)的原型自供電設(shè)備，這種設(shè)備的秘密是使用源自樹(shù)皮的木質(zhì)纖維素納米纖維。


此類設(shè)備可用于跟蹤生物特征數(shù)據(jù)，例如心率、氧氣水平或皮膚電導(dǎo)率。這項(xiàng)創(chuàng)新可以提高這些設(shè)備的性能，同時(shí)降低它們對(duì)環(huán)境的影響。


“生物傳感器在可穿戴電子產(chǎn)品中很常見(jiàn)，但今天它們由電池供電，”應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院化學(xué)工程和應(yīng)用化學(xué)系教授、該研究的合著者寧燕說(shuō)。


“這使得它們體積龐大、不方便且成本高昂。沒(méi)有電池的傳感器可以更薄、更小、更便宜。你再也不用擔(dān)心忘記給電池充電了。你只需把它貼在皮膚上，它就會(huì)由你的自然動(dòng)作，”她補(bǔ)充道。


創(chuàng)新背后的原理是摩擦電效應(yīng)，一種靜電形式。由于某些材料比其他材料更能吸引電子，因此反復(fù)使兩種不同的材料接觸然后將它們分開(kāi)會(huì)導(dǎo)致電荷在它們之間積聚。


來(lái)自世界各地的研究人員正在試驗(yàn)一種稱為摩擦納米發(fā)電機(jī)的裝置，該裝置利用這種效應(yīng)產(chǎn)生少量電力。


當(dāng)前的大多數(shù)設(shè)計(jì)都采用合成材料，例如聚四氟乙烯 (PTFE)，也以 Teflon 品牌聞名。然而，這種材料會(huì)在環(huán)境中長(zhǎng)期存在，人們對(duì)其潛在的健康影響提出了擔(dān)憂。


嚴(yán)和她的團(tuán)隊(duì)想看看是否有可能創(chuàng)造出一種天然的、可生物降解的替代品。


在這些類型的摩擦發(fā)電機(jī)中使用纖維素等天然材料進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，但大多數(shù)團(tuán)隊(duì)只在失去電子的層中使用纖維素，稱之為摩擦正層。研究想開(kāi)發(fā)一種天然替代物來(lái)替代另一面，即摩擦負(fù)層?！?/span>


這種新材料是由納米纖維制成的，納米纖維是一種比人類頭發(fā)細(xì)數(shù)十萬(wàn)倍的微小植物材料。在其他團(tuán)隊(duì)使用由纖維素（紙張和紙板中的主要植物聚合物）制成的納米纖維的情況下，Yan 和她的團(tuán)隊(duì)還加入了另一種稱為木質(zhì)素的天然聚合物。


木質(zhì)素是一種復(fù)雜的分支分子，在許多紙漿和紙制品中，木質(zhì)素是一種需要去除的雜質(zhì)。但在這種情況下，研究發(fā)現(xiàn)在納米纖維中留下約 30% 的木質(zhì)素實(shí)際上提高了它們作為摩擦負(fù)性材料的性能。


多倫多大學(xué)和滑鐵盧大學(xué)的研究人員使用木材衍生材料制造了一種小型設(shè)備，可用于從日常運(yùn)動(dòng)中獲取電能。


U of T Engineering 團(tuán)隊(duì)將木質(zhì)纖維素納米纖維發(fā)送給滑鐵盧大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程系的 Dayan Ban 教授及其團(tuán)隊(duì)。他們將該材料整合到原型摩擦納米發(fā)電機(jī)中。


面臨的主要挑戰(zhàn)是找到一種高效的方法將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，然后儲(chǔ)存足夠的能量來(lái)為系統(tǒng)供電，還限制了多功能系統(tǒng)的環(huán)境足跡。


與使用 PTFE 作為摩擦負(fù)層的類似設(shè)備相比，該設(shè)備能夠產(chǎn)生多出 160% 的電壓和多出 140% 的電流。


只需在測(cè)試過(guò)程中將設(shè)備輕敲在亞克力板上，原型就能產(chǎn)生足夠的能量，每三分鐘發(fā)出一次射頻脈沖，并被附近的智能手機(jī)接收到。


理論上，這種設(shè)備可以插入鞋底，用戶在行走或跑步時(shí)發(fā)電。該設(shè)備可用于為生物傳感器或任何其他無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備供電。


“這種材料不僅性能優(yōu)于 PTFE，而且還可以生物降解，”Yan 說(shuō)：“這將使其在一次性生物傳感器中非常有用。通過(guò)消除電池和 PTFE，我們大大減少了對(duì)環(huán)境的影響?！?/span>