Diperlukan dua lapisan kayu, satu spin-coated dengan PDMS (polydimethylsiloxane) – akseptor elektron pada kontak ('tribo-negatif') – dan yang lainnya dengan nanocrystals ZIF-8 yang ditanam di satu permukaan – ZIF-8 (zeolitik imidazolate framework-8) adalah donor elektron ('tribo-positif') 'logam-organik kerangka'.
“Kayu pada dasarnya bersifat triboneutral,” kata ilmuwan Guido Panzarasa dari ETH Zürich dan Laboratorium Federal Swiss untuk Ilmu Material dan Teknologi (Empa). “Artinya kayu tidak mempunyai kecenderungan nyata untuk memperoleh atau kehilangan elektron, jadi tantangannya adalah membuat kayu yang mampu menarik dan melepaskan elektron.”
Bukan berarti kayu itu adalah spons bodoh dalam strukturnya. Sebaliknya, ia memberikan kekuatan dan ketangguhan yang tidak dimiliki oleh bahan triboelektrik alami, dan kekasaran permukaannya diperlukan untuk generasi saat ini karena ini adalah bentuk TENG (nanogenerator triboelektrik). Permukaan TENG yang berhasil harus memiliki kekasaran skala nano yang tinggi untuk luas permukaan yang tinggi, tanpa puncak tinggi yang akan mencegah kontak dekat dari permukaan yang berlawanan.
Kayu, dalam hal ini setebal 1mm, juga bertindak sebagai isolator, mencegah konduksi antara permukaan tribo-aktif dan elektroda di bagian belakang lembaran.
Untuk generasi saat ini, lembaran dioperasikan dengan permukaan tribo-aktif menghadap (lihat diagram), dan dengan eksternal sirkit terhubung antara elektroda belakang.
Pembaruan: Cara kerjanya
Jika kayu ZIF-8 tribo-positif dipaksa melawan kayu PDMS tribo-negatif, elektron berpindah dari permukaan kayu ZIF-8 hingga keadaan stabil tercapai – muatan dibatalkan dan tidak ada medan listrik eksternal bersih.
Jika lembaran kemudian dibiarkan terpisah, kontak permukaan intim terputus dan permukaan kayu PDMS mempertahankan elektron yang diperolehnya.
Tanpa kontak dekat dengan ZIF-8, kelebihan elektron di lapisan PDMS memberikan muatan negatif.
Hal sebaliknya terjadi dengan kayu ZIF-8, memberikan lapisan ZIF-8 muatan positif.
Efek bersih dari dua muatan ini yang tiba-tiba muncul adalah menyebabkan elektron mengalir di antara elektroda belakang (elektroda kayu PDMS ke elektroda kayu ZIF-8) sampai muatan dinetralkan: pulsa arus telah didorong dari ZIF-8 -wood ke PDMS-wood (terima kasih banyak atas kebingungan ini, Tuan Franklin…)
Ketika lembaran-lembaran itu sekali lagi dipaksa bersama, pulsa arus mengalir kembali ke arah lain, dan pulsa inilah yang diperbaiki dan disimpan untuk digunakan – para peneliti, misalnya, menyalakan kalkulator. Lihat di bawah untuk penjelasan lebih rinci tentang operasi TENG.
Dari kayu balsa, spruce, dan yew yang diuji, spruce yang dipotong secara radial bekerja paling baik, menghasilkan hubung singkat 24V dan hubung singkat 320μA saat ditekan dengan gaya 50N. Output tidak berkurang hingga 1,500 siklus.
“Fokus kami adalah untuk menunjukkan kemungkinan memodifikasi kayu dengan prosedur yang relatif ramah lingkungan untuk menjadikannya triboelectric,” kata Panzarasa. “Spruce murah dan tersedia dan memiliki sifat mekanik yang menguntungkan. Pendekatan fungsionalisasi cukup sederhana, dan dapat diskalakan pada tingkat industri. Ini hanya masalah rekayasa.”
Langkah tim selanjutnya adalah menemukan chemical coating dengan fungsi serupa yang mudah digunakan dan lebih ramah lingkungan. “Tujuan utamanya adalah untuk memahami potensi kayu di luar yang sudah diketahui dan memungkinkan kayu dengan properti baru untuk bangunan pintar berkelanjutan di masa depan,” kata Panzarasa.
Informasi lengkap, termasuk deskripsi rinci tentang operasi TENG, tersedia tanpa pembayaran dalam makalah 'Kayu yang difungsikan dengan tribopolaritas yang dapat disetel untuk pembangkit nano triboelektrik yang efisien', yang diterbitkan dalam Matter.