فروشگاه کانواس (بوم مدل کسبوکار) آرباکو

چکیده:

محققان از منافع یک منبع انرژی غیرقابل‌انتظار درست در زیر پاهای ما یعنی کف‌پوش‌های چوبی بهره می‌برند. این نانو ژنراتور می‌تواند از چوب زیر پاهای ما، انرژی تولید کند. محققان همچنین چوب بکار رفته در این نانو ژنراتور را با ترکیبی از روکش سیلیکونی بهبود دادند و نانوکریستال‌ها را تعبیه نمودند، و وسیله‌ای را ساختند که 80 برابر بازدهی بیشتری برای روشن‌کردن لامپ‌ها و قطعات ریز الکترونیکی داشت.

موضوع اصلی:

محققان سوئیسی قصد دارند از منبع انرژی غیر قابل انتظاری دقیقاً زیر پاهایمان، یعنی همین کف‌پوش‌های چوبی که راه می‌رویم، بهره‌برداری کنند. این ژنراتورهای نانو که در اول سپتامبر در ژورنال Matter منتشر شده، می‌توانند از چوب زیر پاهایمان انرژی تولید کنند. همچنین چوب بکار رفته در ژنراتورهای نانو با ترکیبی از روکش سیلیکونی بهبود داده شد و نانوکریستال‌هایی در آن جاسازی شد، در نتیجه دستگاهی را پدید آورد که 80 برابر بازدهی بیشتری داشت که برای روشن‌کردن لامپ‌های LED و قطعات الکترونیکی کوچک کافی و مناسب بود.

این تیم با ساندویچی کردن دو قطعه چوب بین الکترودها، شروع به تبدیل چوب به نانو ژنراتور کردند. مثل یک جوراب چسبیده به پیراهن تازه بیرون‌آمده از خشک‌کن، قطعات چوبی با قطع و وصل‌های دوره‌ای در زمان قدم‌زدن روی آن ها، شارژ می‌شوند که پدیده‌ای بنام اثر الکتریسیته مالشی (the triboelectric effect) را پدید می‌آورند. الکترون‌ها می‌توانند از یک شیء به شیء دیگری منتقل شوند، برق تولید کنند. به‌هرحال ساخت نانو ژنراتوری در خارج از چوب مشکلی است که وجود دارد.

مؤلف ارشد گوایدو پانزاراسا (Guido Panzarasa)، رهبر گروه و استاد علوم مواد چوبی واقع در (Eidgenössische Technische Hochschule) در زوریخ {ETH} و آزمایشگاه‌های فدرال تکنولوژی و علوم مواد سوئیس (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) در دوبندورف{Empa} می‌گوید: "اساساً چوب triboneutral (از نظر مالشی خنثی) است، یعنی چوب هیچ تمایل طبیعی به گرفتن یا از دست‌دادن الکترون ندارد." پانزاراسا (Panzarasa) توضیح می‌دهد که این موضوع توانایی مواد را در تولید الکتریسیته محدود می‌کند. پس، این چالش، چوبی را می‌سازد که توانایی جذب و ازدست‌دادن الکترون‌ها را دارد.

برای ارتقاء خواص تریبو الکتریکی چوب، دانشمندان یک قطعه چوب را با پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) پوشاندند که یک سیلیکونی است که الکترون‌ها را در تماس قرار می‌دهد، درحالی‌که قطعه چوبی دیگر که با نانوکریستال‌هایی که خودبه‌خود رشد می‌کنند بنام چهارچوب ایمیدازولیت زئولیتیک -8 (ZIF-8)، عامل دار می‌شوند. ZIF-8 یک شبکه هیبریدی از یون‌های فلزی و مولکول‌های ارگانیک است که تمایل بیشتری به ازدست‌دادن الکترون‌ها دارد. آن ها انواع مختلف چوب را نیز آزمایش کردند تا گونه‌های مشخص یا جهتی که در آن چوب برش می‌خورد را تعیین و شناسایی کنند که اگر به‌عنوان داربست بهتری برای روکش کردن بکار برود، آیا می‌تواند بر خواص تریبوالکتریکی آن اثر بگذارد.

محققان دریافتند که یک نانو ژنراتور تریبوالکتریک که با صنوبری که در طول شعاع برش خورده، ساخته شده است، و یک چوب معمولی برای ساختمان‌سازی در اروپاست، بهترین گزینه می‌باشد. این اعمال کارایی نانوژنراتور تریبو الکتریک را بالا بردند یعنی 80 برابر الکتریسیته بیشتری از چوب طبیعی تولید کردند. خروجی الکتریسیته این دستگاه تحت نیروهای یکنواخت تا بیش از 1500 دور، ثابت بود.

محققان دریافتند که یک نمونه اصلی از کف‌پوش چوبی با مساحت سطح کمی کوچک‌تر از یک قطعه کاغذ می‌تواند انرژی کافی برای روشن‌کردن لامپ‌های LEDخانگی و دستگاه‌های کوچک برقی مثل ماشین‌حساب‌ها را تولید کنند. آن ها موفق شدند که در زمان قدم‌زدن یک فرد بزرگسال و تبدیل قدم‌ها به الکتریسیته، یک لامپ را با این نمونه اصلی روشن کنند.

پانزاراسا (Panzarasa) می‌گوید: "تمرکز ما روی این موضوع بود که چوب را با روندهای نسبتاً دوستدار محیط‌زیست کمی تغییر دهیم تا خاصیت تریبوالکتریک در آن پدیدار گردد. صنوبر ارزان و در دسترس است و خواص مکانیکی مطلوبی دارد. رویکرد عامل سازی کاملاً ساده است و می‌تواند در سطح صنعتی قابل قیاس باشد، چرا که از نظر مهندسی حائز اهمیت است."

علی‌رغم کافی بودن، قابل‌تحمل بودن و قابل قیاس بودن، نانو ژنراتورهایی که جدیداً توسعه‌یافته‌اند، از ویژگی‌هایی محافظت می‌کنند که چوب را به‌خاطر رنگ‌های گرمش و عظمت مکانیکی‌اش برای طراحی‌های داخلی قابل‌استفاده می‌کند. محققان می‌گویند که این ویژگی‌ها ممکن است بتوانند به استفاده از نانو ژنراتورهای چوب به‌عنوان منبع انرژی سبز در ساختمان‌های هوشمند کمک نمایند. آن ها همچنین می‌گویند که ساختار چوب می‌تواند با جداسازی CO2 از محیط در کل طول عمر ماده به کاهش تغییرات اقلیمی کمک کند.

گام بعدی برای پانزاراسا (Panzarasa) و تیمش بهینه‌سازی بیشتر نانو ژنراتورها با روکش‌های شیمیایی است که طرف‌دار محیط‌زیست بوده و اجرای ساده‌تری داشتند. پانزاراسا (Panzarasa) می‌گوید: "حتی اگر ما در ابتدا روی تحقیق اصلی تمرکز کردیم ولی در نهایت تحقیقی که انجام می‌دهیم باید به کاربردهایی در دنیای واقعی منتهی شود. هدف نهایی ما این است که پتانسیل‌های چوب را بیش از آنچه که در حال حاضر می‌دانیم درک نموده و برای ساختمان‌های هوشمند قابل‌تحمل آینده، چوبی با خواص جدید را ارائه نماییم."

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط (Cell Press) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

ژورنال مرجع:

جیانگو سون (Jianguo Sun)، کونکون تو (Kunkun Tu)، سایمون بوچیلی (Simon Büchele)، سوفیا ماریه کوچ (Sophie Marie Koch)، یونگ دینگ (Yong Ding)، شیواپراکاش ن. راماکریشنا (Shivaprakash N. Ramakrishna)، سندرو استوکی (Sandro Stucki)، هنگایو گئوو (Hengyu Guo)، چانگشین وئو (ChangshengWu)، توبیاس کپلینگر (Tobias Keplinger)، جاویر پیریز-رامیریز (Javier Pérez-Ramírez)، اینگو بورگرت (IngoBurgert)، گویدوپانزاراسا (Guido Panzarasa).

چوب عامل سازی شده با خاصیت قطبیت مالشی (تریبو پولاریتی) برای نانوژنراتورهایی که به‌اندازه کافی خواص الکتریسیته (تریبو الکتریک) مالشی دارند

Functionalized wood with tunable tribopolarity for efficient triboelectric nanogenerators

ژورنال Matter، 2021؛ 4 (9): 3049 DOI: 10.1016/j.matt.2021.07.022