두 개의 목재 층이 필요합니다. 하나는 PDMS(폴리디메틸실록산)로 스핀 코팅되어 있습니다. 접촉 시 전자 수용체('tribo-negative')와 다른 하나는 한 표면에서 성장한 ZIF-8 나노결정인 ZIF-8(제올라이트 이미다졸레이트) framework-8)은 전자공여('tribo-positive') '금속-유기 골격'입니다.
"목재는 기본적으로 삼중중립적입니다."라고 ETH Zürich와 스위스 연방 재료 과학 연구소의 과학자 Guido Panzarasa는 말했습니다. Technology (엠파). "이것은 나무가 전자를 얻거나 잃는 실제 경향이 없다는 것을 의미합니다. 따라서 전자를 끌어당기고 잃을 수 있는 나무를 만드는 것이 과제입니다."
나무가 구조에서 멍청한 스폰지라는 것은 아닙니다. 대신 자연적인 마찰전기 재료가 가지고 있지 않은 강도와 인성을 제공하며, TENG(triboelectric nanogenerator)의 한 형태로 현재 세대에 요구되는 표면 거칠기가 요구된다. 성공적인 TENG 표면은 반대 표면과의 긴밀한 접촉을 방지하는 높은 봉우리 없이 높은 표면적에 대해 높은 나노 규모 거칠기를 가져야 합니다.
이 경우 1mm 두께의 나무는 절연체 역할을 하여 마찰 활성면과 시트 뒷면의 전극 사이의 전도를 방지합니다.
현재 세대의 경우 시트는 마찰 활성 표면이 (다이어그램 참조) 및 외부 회로 후면 전극 사이에 연결됩니다.
업데이트: 작동 방식
마찰 양성 ZIF-8 목재가 마찰 음성 PDMS 목재에 작용하면 전자는 안정된 상태가 될 때까지 ZIF-8 목재 표면을 가로질러 이동합니다. 전하가 취소되고 순 외부 전기장이 없습니다.
그런 다음 시트가 튀어 나오도록 허용되면 친밀한 표면 접촉이 끊어지고 PDMS-목재 표면이 획득한 전자를 유지합니다.
ZIF-8과의 긴밀한 접촉 없이 PDMS 층의 과잉 전자는 음전하를 띠게 됩니다.
ZIF-8-우드에서는 반대 현상이 발생하여 ZIF-8 레이어에 양전하를 부여했습니다.
갑자기 나타나는 이 두 전하의 순 효과는 전하가 중성화될 때까지 후면 전극(PDMS-목재 전극에서 ZIF-8-목재 전극으로) 사이에 전자가 흐르게 하는 것입니다. ZIF-8에서 전류 펄스가 밀려났습니다. -wood to PDMS-wood (이 혼란에 대해 Mr Franklin에게 감사드립니다...)
시트가 한 번 더 힘을 가하면 전류 펄스가 다른 방향으로 다시 흐르고 이 펄스가 정류되어 사용을 위해 저장됩니다. 예를 들어 연구원들은 계산기에 전원을 공급했습니다. TENG 작업에 대한 자세한 설명은 아래를 참조하십시오.
발사, 가문비나무 및 주목 나무 테스트에서 방사형으로 절단된 가문비나무가 가장 잘 작동하여 24N의 힘으로 눌렀을 때 320V 개방 회로 및 50μA 단락 회로를 생성했습니다. 출력은 최대 1,500사이클까지 감소하지 않았습니다.
Panzarasa는 “우리의 초점은 나무를 마찰 전기로 만들기 위해 상대적으로 환경 친화적인 절차로 목재를 변형할 수 있는 가능성을 입증하는 것이었습니다.”라고 말했습니다. “가문비나무는 저렴하고 이용 가능하며 기계적 특성이 좋습니다. 기능화 접근 방식은 매우 간단하며 산업 수준에서 확장할 수 있습니다. 그것은 단지 엔지니어링의 문제일 뿐입니다.”
팀의 다음 단계는 사용하기 쉽고 더 친환경적인 유사한 기능을 가진 화학 코팅을 찾는 것입니다. Panzarasa는 "궁극적인 목표는 이미 알려진 것 이상으로 목재의 잠재력을 이해하고 미래의 지속 가능한 스마트 빌딩을 위한 새로운 속성을 가진 목재를 가능하게 하는 것입니다."라고 말했습니다.
다음을 포함한 전체 정보 TENG 작업에 대한 자세한 설명, Matter에 게재된 '효율적인 마찰전기 나노발전기를 위한 조정 가능한 마찰극성을 가진 기능화 목재' 논문에서 지불 없이 사용할 수 있습니다.