Pesquisadores da ETH Zurich e da Empa modificaram quimicamente a madeira para torná-la mais compressível, convertendo-a em um microcosmo. Quando comprimido, ele gera um potencial elétrico. Essa madeira pode atuar como biossensor ou como material de construção que capta energia.
Ingo Burgert E sua equipe em uma universidade pública de pesquisa ETH Zurique E o Laboratório Federal Suíço Empa Provou que a madeira é muito mais do que um material de construção. Sua pesquisa está aprimorando as propriedades da madeira para uso em novas aplicações. Por exemplo, eles já desenvolveram madeira serrada de alta resistência, repelente de água e magnética.
Agora, junto com o Grupo de Pesquisa Empa liderado por Francis Schwartz, a equipe usou um processo químico e um processo biológico para gerar um potencial elétrico a partir de um tipo de esponja lenhosa. Ao fazer isso, eles amplificam o que é conhecido como “efeito piezoelétrico” da madeira.
Pressão cria tensão
Quando um material piezoelétrico é elasticamente deformado, ele gera um potencial elétrico. A tecnologia de medição, em particular, explora esse fenômeno usando sensores que geram um sinal de carga quando pressionados mecanicamente. No entanto, muitos dos materiais frequentemente usados para esses sensores não são adequados para aplicações biomédicas. Por exemplo, zircão titanato de chumbo (PZT) não pode ser usado na pele devido ao chumbo tóxico e deve ser descartado de maneira especial.
A madeira também tem um efeito piezoelétrico natural, mas gera tensões extremamente baixas. Se quiser aumentar o esforço, é necessário alterar a composição química da madeira – isso também a torna mais compressível.
Do bloco de madeira à esponja
Para converter a madeira em um material facilmente moldado, um componente das paredes das células deve ser dissolvido. As paredes das células de madeira são feitas de três materiais básicos: lignina, hemicelulose e celulose. “Lignina É o material de estabilização de que as árvores precisam para crescerem. Sem a lignina, que se liga às células e evita que as fibras resistentes de celulose se torçam, isso não seria possível ”, diz Bergert.
Há alguns meses, Jianguo Sun, aluno de doutorado da equipe de Burgert, junto com colegas da ETH e da Empa, publicou um estudo em ACS Nano Isso ilustra como a madeira pode ser tornada deformável se a lignina for removida quimicamente. Como resultado, seu efeito piezoelétrico é melhorado.
Os pesquisadores alcançaram a “deslignificação” colocando a madeira em uma mistura de peróxido de hidrogênio e ácido acético. O ácido dissolve a lignina, deixando uma moldura de camadas de celulose. “O processo preserva a estrutura hierárquica da madeira e evita que fibras individuais se soltem”, explica Bergert.
Desse modo, um pedaço de madeira balsa se transforma em uma esponja de madeira branca que consiste em camadas e camadas de celulose fina. A esponja pode ser simplesmente comprimida e depois devolvida à sua forma original. “ A esponja de madeira gera uma voltagem elétrica 85 vezes maior do que a voltagem original [untreated] Sun diz.
Pequeno gerador em piso de madeira
A equipe submeteu um cubo de teste com um comprimento lateral de cerca de 1,5 cm a cerca de 600 ciclos de carga. A esponja de madeira se mostrou surpreendentemente estável: para cada carga, os pesquisadores mediram uma voltagem de cerca de 0,63 volts, que caberia em um sensor. Em outros experimentos, a equipe testou a escalabilidade deste pequeno gerador. Se 30 desses blocos de madeira fossem conectados e carregados uniformemente com o peso do corpo de um adulto, eletricidade suficiente seria gerada para alimentar um LCD simples.
Tratamento de fungos em vez de produtos químicos
Em acompanhamento um estudo Acabei de postar em Avanços da CiênciaEm, a equipe de pesquisa da ETH-Empa deu um passo além, buscando produzir esponjas lenhosas sem o uso de produtos químicos. Os pesquisadores encontraram a solução na natureza: cogumelos Ganoderma Applinatum Causa podridão branca na madeira e decompõe suavemente a lignina e a hemicelulose. “Embora a tensão gerada tenha sido menor nos testes iniciais em comparação com a madeira tratada quimicamente, o processo inato é mais ecológico”, diz Burgert.
Existem vantagens claras em um sistema piezoelétrico regenerativo simples. Os pesquisadores veem muitas aplicações potenciais para as esponjas de madeira – por exemplo, como um material de construção sustentável que coleta energia em uso ou como sensores de pressão amigáveis à pele para fins medicinais.
No entanto, ainda existem muitos passos a seguir antes de implantar a madeira piezoelétrica como um biossensor, ou mesmo como um piso de parquet para coletar eletricidade. Burgert e seus colegas estão agora explorando com vários parceiros como a tecnologia pode ser adaptada para aplicações industriais.
Fonte de notícias: ETH Zurique A equipe editorial
Imagem Principal: Joel e Jasmine Forestbeard / Unsplash
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