Электричество из грибов и деревянного пола

01.04.2021

Древесина состоит из волокон полимеров целлюлозы и гемицеллюлозы в матрице лигнина. Целлюлоза в составе древесины может быть аморфной и кристаллической. Наличие последней делает древесину пьезоэлектриком - материалом, в котором под действием деформации возникают электрические заряды. При сжатии кристаллитов целлюлозы центры тяжести положительных и отрицательных зарядов расходятся в пространстве, и для соблюдения электростатического равновесия на поверхности кристаллита возникают заряды. О пьезоэлектрических свойствах древесины известно с пятидесятых годов, но коммерческие материалы и устройства для получения электричества из нее никто не делал - из-за низкого пьезоэлектрического модуля и деформируемости древесины это считалось нерентабельным.

Усилить пьезоэлектрические свойства древесины сумели швейцарские ученые под руководством Инго Бюргерта (Ingo Burgert) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Бюргерт и его коллеги уже давно умеют менять свойства древесины и получать на ее основе различные функциональные материалы. Например, в прошлом году они превратили бальзовое дерево в светящийся материал, растворив лигнин и заменив его на раствор люминесцентных квантовых точек. Чтобы сделать древесину хорошим пьезоэлектриком, тоже нужно растворить лигнин, тогда древесина станет более рыхлой, и ее будет проще деформировать. Для того чтобы провести растворение мягко, не повредив целлюлозный каркас, Бюргерт и его коллеги предложили неожиданное решение - обработали древесину грибами отдела базидиомицетов.

За основу материала ученые вновь взяли легкую древесину бальзового дерева (Ochroma pyramidale) с плотностью 94,8 килограмма на кубический метр. Для растворения лигнина использовали три вида грибов: Phanerochaete chrysosporium, Ganoderma adspersum, и Ganoderma applanatum. Древесину резали на тонкие пластинки, сушили при температуре 100 градусов в течение суток, наносили на поверхность свежеприготовленную культуру грибов и оставляли во влажной атмосфере на срок от 4 до 12 недель.

Чтобы контролировать, сколько лигнина успели поглотить грибы, образцы древесины тщательно очищали и вновь сушили в течение суток, а затем взвешивали. Самую быструю потерю лигнина обеспечили грибы Ganoderma applanatum. Оптимальным временем обработки Бюргерт и его коллеги посчитали восемь недель (что соответствует потере массы в 45 процентов в основном за счет лигнина) - при более длительной обработке древесина становилась слишком рыхлой и существенно теряла в прочности. Метод Фурье-ИК-спектроскопии подтвердил что грибы преимущественно поглощают лигнин, также наблюдалась небольшая потеря гемицеллюлозы. А вот целлюлозный каркас древесины оставался после обработки практически неизменным - это было хорошо видно не только на ИК-спектрах, но и на снимках сканирующей электронной микроскопии.

Лишенная лигнина древесина имела лучшую сжимаемость. В результате смещение центров тяжести заряда в кристаллитах целлюлозы происходило с большей амплитудой, и пьезоэлектрический эффект тоже усилился. Кубик обработанной древесины размером 15 х 15 х 13,2 миллиметров генерировал напряжение в 0,87 вольта и силу тока в 13,3 наноампера. Это в пятьдесят пять раз больше, чем у немодифицированной древесины в тех же условиях. Соединив девять таких кубиков последовательно, авторы получили электроэнергию, достаточную для питания светоизлучающего диода.

Из нового материала авторы предлагают сделать напольное покрытие, которое будет производить электроэнергию под тяжестью шагов человека. Такое покрытие можно будет поместить в домах пожилых людей и питать от него датчики, которые активируются, если человек упал. Есть и более экзотические идеи по использованию пьезоэлектрических древесных полов в помещениях для занятий танцами и аэробикой. Отметим, что пока Бюргерт и его коллеги получили пьезоэлектрик только из бальзовой древесины - легкой и с большим количеством пор. В дальнейшем они собираются адаптировать метод для более плотных и тяжелых видов древесины.

<< Назад: Темная материя может подогревать планеты изнутри 01.04.2021

>> Вперед: Повышающие DC/DC LED-драйверы Mean Well LDH-25/65 31.03.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Горбатые киты научат вертолеты летать 26.02.2012 Уникальные особенности горбатых китов могут улучшить аэродинамику вертолетов. Современные вертолеты могли бы быть намного быстрее и маневреннее, по крайней мере, нынешние двигатели позволяют существенно улучшить летно-технические характеристики винтокрылых машин. К сожалению, во время полета вперед или маневрирования воздушный поток над движущейся назад лопастью несущего винта отделяется и приводит к так называемому динамическому срыву. Эта турбулентность уменьшает подъемную силу и создает большие нагрузки на лопасти и втулку несущего винта, что чревато авиакатастрофой. К счастью, ученые из Германского аэрокосмического центра (DLR) нашли способ преодолеть этот принципиальный недостаток винтокрылых машин. Это звучит странно, но путь совершенствования аэродинамики вертолетов ученым подсказали горбатые киты. Эти морские млекопитающие развивают под водой большие скорости и способны выполнять головокружительные акробатические трюки. Секрет их подвижности заключается в необычных грудных плавниках, которые имеют особые бугорки по передней кромке. Бугорки оттягивают момент срыва потока и увеличивают маневренность кита. Специалисты DLR смогли скопировать бугорки кита и на их основе сделать аналогичные конструкции на поверхности лопастей винта. Искусственные неровности, названные передовыми вихревыми генераторами (LEVoGs), меньше, чем аналогичные бугорки у горбатых китов и имеют диаметр 6 мм, а вес - всего 0,04 грамма. В ходе первых тестов новой технологии, 186 бугорков LEVoGs нанесли на все четыре лопасти вертолета Bo-105. Недавно состоялись успешная продувка в аэродинамической трубе и первые испытательные полеты. Летчики-испытатели уже заметили разницу в поведении лопастей и впереди тщательное изучение поведения модернизированного винта. По мнению разработчиков, новая технология имеет большой потенциал и может повысить скорость и маневренность вертолетов с минимальными затратами. При массовом производстве бугорки можно формировать непосредственно на передних титановых кромках лопастей.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025