Энергия – одна из основных потребностей человека. С каждым годом люди потребляют все больше энергии в повседневной жизни. Энергоэффективность зданий можно значительно повысить, если строительные материалы будут преобразовывать механическую энергию человека в необходимую электроэнергию. Исследователи ETH Zurich продемонстрировали, как деревянные полы могут собирать достаточно энергии, когда по ним ходят люди, для питания светодиодных лампочек и небольшой электроники.

Исследователи разработали функционализированные древесные трибоэлектрические наногенераторы, которые вырабатывают электричество от наших шагов. Команда преобразовала дерево в наногенератор, вставив между электродами два куска функционализированной древесины. Они также улучшили древесину, используемую в их наногенераторе, за счет комбинации силиконового покрытия и встроенных нанокристаллов.

Шаги вызывают трибоэлектрический эффект, заставляя деревянные части электрически заряжаться через периодические контакты и разделения, когда они пристегнуты. Во время трибоэлектрического эффекта электроны могут переходить от одного объекта к другому, генерируя электричество.

«Дерево в основном трибонейтрально , – говорит старший автор Гвидо Панзараса. – Это означает, что древесина не имеет реальной тенденции приобретать или терять электроны. Это ограничивает способность материала вырабатывать электричество, поэтому задача состоит в том, чтобы сделать древесину, которая способна притягивать и терять электроны».

Чтобы решить эту задачу, команда покрыла один кусок дерева силиконом, который легко приобретает электроны при контакте, и внедрила в другой кусок ионы металлов и органические молекулы, которые придают ему более высокую тенденцию к потере электронов. Команда проверила эту обработку на разных видах ксилографии в разных направлениях и обнаружила, что трибоэлектрический наногенератор, сделанный из радиально обрезанной ели, показал наилучшие результаты.

Обработка повысила производительность трибоэлектрического наногенератора, вырабатывала в 80 раз больше электроэнергии, чем натуральное дерево, и обеспечивала стабильную мощность до 1500 циклов.

По словам исследователей, прототип деревянного пола с площадью поверхности немного меньше листа бумаги может генерировать достаточно энергии для питания бытовых светодиодных ламп и небольших электронных устройств, таких как калькуляторы.

«Нашей целью было продемонстрировать возможность модификации древесины с помощью относительно безвредных для окружающей среды процедур, чтобы сделать ее трибоэлектрической», – сказал Панзараса.

Помимо эффективности, устойчивости и масштабируемости, разработанный наногенератор также сохраняет свойства, которые делают древесину полезной для дизайна интерьера. Затем команда планирует дальнейшую оптимизацию наногенератора с помощью химических покрытий, которые будут более экологичными и простыми в применении.