在人们普遍的认知中，木材常常作为建筑材料或是燃烧材料使用，这些方式并不环保，燃烧排放大量污染破坏生态。近日，瑞士苏黎世联邦理工学院和瑞士联邦材料科学与技术研究所的一支联合研究小组研究出了一种木质能量转化器，可以将人体活动的机械能转化为电能。研究小组的领头人是来自中国的研究员孙建国，他和团队正致力于研究如何提高木材的压电效应以提升木质能量转化器的效率。
木质能量转化器需要具备两个条件，一是需要真菌腐蚀改变木材结构，二是需要外部产生压力，就可以将人体的机械能转化为电能。孙建国在《Science Advances》杂志上发表的论文《选择性腐烂的木材增强了机械能转换》中介绍了详细的处理过程：提供温度、湿度、光线适宜的环境来培养白腐菌以破坏掉木材中的木质素，就可以只保留木材中柔韧的纤维素网格——纤维素和半纤维素。经过处理的木材失去了木质素的刚性，材料的空隙就变大了。处理后的木材结构、硬度已经有了较大改变，形成了一种具有高形变能力与高弹性的新型结构。此时就可以看见木材在产生形变后并不会固定形状，而是在压力消除后，仍然恢复到原来的形态。在这种条件下，施加外部压力时，电荷就会更加容易聚集，压电效应提高了55倍。贴上导电的铜箔，并在电极上贴上木质贴面绝缘保护，就制造出一个简易的木质能量转化器。
在温室效应日益严重的今天，木质发电可以提高建筑材料的利用效率，减少二氧化碳排放。当人们在由大量纳米级木质能量转化器制作而成的木地板上行走时，木质能量转化器就能够收集人体在上面活动的机械能并转化为电能来为电灯或是其他微型电子设备供电。不仅如此，木质能量转化器也被设计为预防跌倒的传感器，可以更好地保障老年人安全。孙建国在接受本报记者采访时说：“优点就是我们利用的也是生物腐蚀木头，不涉及任何有毒有害的化学药品，从原材料到反应物，到最终的产品，整个都很环保，而且利用腐朽的木材发电有种变废为宝的感觉，算是一大特色。”同时，木质能量转化器也存在着一些不足。木质能量转化器由于其纳米级的大小，更适合作为一种传感器，并且由于是借助真菌腐蚀，其速度较慢，因此往往需要好几个月的时间才能制成。在未来，孙建国计划开发出高强度、防水、可磁化的新木材以及白色木质海绵来提升木质能量转化器的性能，以适应不同的使用环境。
孙建国对木质能源转化器未来的应用有着乐观的期望，他在接受本报记者采访时表示：“木制能量转化器算是应对全球升温，环境污染的一种有前景的手段。不能总依赖传统的化石能源，虽然开发生物质能源可能需要克服的瓶颈比较多。目前这还是一项基础研究，还处于刚开始的阶段，未来如果产生的电比较大的话或许真的可以部分替代现有的电网，作为一种清洁能源存在。”我国目前能源消费结构仍以煤炭为主，清洁可再生能源比重在不断提升，木质能量转化器在清洁能源事业上具有不可小觑的潜力。更多关于木质能量转化器的研究正在进行之中，有希望为世界能源紧缺、环境污染严重、温室效应加剧的现状提供新的解决思路。
http://www.dxswb.com/shijian/347896.html 点此复制本页地址
