يلزم وجود طبقتين من الخشب ، واحدة مغلفة بالدوران مع PDMS (بوليديميثيل سيلوكسان) - متقبل إلكتروني عند التلامس ("ثلاثي سالب") - والأخرى بها بلورات نانوية من ZIF-8 مزروعة على سطح واحد - ZIF-8 (زيوليت إيميدازولات framework-8) هو إطار متبرع بالإلكترون ("ثلاثي إيجابي") "إطار معدني عضوي".
قال العالم جويدو بانزاراسا من ETH زيورخ والمختبرات الفيدرالية السويسرية لعلوم المواد وعلومها: "إن الخشب هو في الأساس محايد ثلاثي العظام". تكنولوجيا (إيمبا). "وهذا يعني أن الخشب ليس لديه ميل حقيقي لاكتساب أو فقدان الإلكترونات، وبالتالي فإن التحدي يكمن في صنع خشب قادر على جذب الإلكترونات وفقدانها."
لا يعني ذلك أن الخشب عبارة عن إسفنجة غبية في الهيكل. بدلاً من ذلك ، يوفر القوة والمتانة التي تفتقر إليها المواد الكهربائية الاحتكاكية بشكل طبيعي ، وخشونة السطح مطلوبة للجيل الحالي لأن هذا هو شكل من أشكال TENG (مولد النانو الكهروضوئي). يجب أن يتمتع سطح TENG الناجح بخشونة عالية على نطاق النانو لمساحة سطح عالية ، بدون قمم طويلة تمنع الاتصال الوثيق من الأسطح المتعارضة.
الخشب ، في هذه الحالة بسماكة 1 مم ، يعمل أيضًا كعامل عازل ، مما يمنع التوصيل بين الوجوه النشطة والأقطاب الكهربائية الموجودة على ظهر الصفائح.
للجيل الحالي ، يتم تشغيل الألواح مع واجهات أسطحها النشطة (انظر الرسم البياني) ومع الخارج الدارة الكهربائية متصلة بين الأقطاب الخلفية.
التحديث: كيف يعمل
إذا تم إجبار ZIF-8-wood الإيجابي ثلاثي الأبعاد على خشب PDMS ذي التريبو السلبي ، فإن الإلكترونات تنتقل عبر سطح الخشب ZIF-8 حتى يتم تحقيق حالة مستقرة - يتم إلغاء الشحنات ولا يوجد مجال كهربائي خارجي صافي.
إذا تم السماح للصفائح بعد ذلك بالانفصال عن بعضها ، فإن التلامس الحميم للسطح ينقطع ويحتفظ سطح الخشب PDMS بالإلكترونات المكتسبة.
بدون اتصال وثيق مع ZIF-8 ، تمنحه الإلكترونات الزائدة في طبقة PDMS شحنة سالبة.
حدث الشيء المعاكس مع ZIF-8-wood ، مما أعطى طبقة ZIF-8 شحنة موجبة.
التأثير الصافي لهاتين الشحنتين الذي يظهر فجأة هو التسبب في تدفق الإلكترونات بين الأقطاب الخلفية (قطب كهربائي PDMS إلى قطب ZIF-8-wood) حتى يتم تحييد الشحنات: تم دفع نبضة تيار من ZIF-8 - خشب إلى PDMS-wood (شكرًا جزيلاً لك على هذا الارتباك السيد فرانكلين ...)
عندما يتم دفع الألواح معًا مرة أخرى ، تتدفق نبضة التيار في الاتجاه الآخر ، وهذه النبضات هي التي يتم تصحيحها وتخزينها للاستخدام - على سبيل المثال ، قام الباحثون بتشغيل آلة حاسبة. انظر أدناه للحصول على وصف أكثر تفصيلاً لعملية TENG.
من بين خشب البلسا والتنوب والطقس الذي تم اختباره ، عملت شجرة التنوب المقطوعة شعاعيًا بشكل أفضل ، حيث قامت بتوليد دائرة مفتوحة بجهد 24 فولت ودائرة قصر 320μA عند الضغط عليها بقوة 50 نيوتن. لم يتناقص الإنتاج حتى 1,500 دورة.
قال بانزاراسا: "كان تركيزنا على إظهار إمكانية تعديل الخشب بإجراءات صديقة للبيئة نسبيًا لجعله كهربيًا كهربيًا". "شجرة التنوب رخيصة ومتوفرة ولها خصائص ميكانيكية مواتية. نهج التعيين بسيط للغاية ، ويمكن أن يكون قابلاً للتطوير على المستوى الصناعي. إنها فقط مسألة هندسة ".
تتمثل الخطوة التالية للفريق في العثور على طلاءات كيميائية ذات وظيفة مماثلة سهلة الاستخدام وأكثر صداقة للبيئة. قال بانزاراسا: "الهدف النهائي هو فهم إمكانات الأخشاب التي تتجاوز تلك المعروفة بالفعل وتمكين الخشب بخصائص جديدة للمباني الذكية المستدامة في المستقبل".
معلومات كاملة ، بما في ذلك أ وصف مفصل لعملية TENG، متاح دون مقابل في الورقة البحثية "الخشب الوظيفي مع الاحتكاك الثلاثي القابل للضبط لمولدات النانو الكهربائية الاحتكارية الفعالة" ، المنشور في Matter.