Diperlukan dua lapisan kayu, satu dilapisi putaran dengan PDMS (polydimethylsiloxane) - akseptor elektron yang bersentuhan ('tribo-negatif') - dan yang lain dengan nanokristal ZIF-8 tumbuh di satu permukaan - ZIF-8 (zeolitic imidazolate framework-8) adalah 'kerangka logam-organik' penderma elektron ('tribo-positive').
"Kayu pada asasnya triboneutral," kata saintis Guido Panzarasa dari ETH Zürich dan Makmal Persekutuan Switzerland untuk Sains Bahan dan Teknologi (Empa). "Ini bermakna kayu tidak mempunyai kecenderungan sebenar untuk memperoleh atau kehilangan elektron, jadi cabarannya ialah membuat kayu yang mampu menarik dan kehilangan elektron."
Bukan bahawa kayu adalah span bodoh dalam struktur. Sebaliknya, ia memberikan kekuatan dan ketangguhan yang tidak terdapat pada bahan-bahan triboelektrik secara semula jadi, dan kekasaran permukaannya diperlukan untuk generasi semasa kerana ini adalah bentuk TENG (nanogenerator triboelektrik). Permukaan TENG yang berjaya harus mempunyai kekasaran skala nano yang tinggi untuk kawasan permukaan yang tinggi, tanpa puncak tinggi yang akan menghalang hubungan rapat dari permukaan yang bertentangan.
Kayu, dalam kes ini setebal 1mm, juga berfungsi sebagai penebat, mencegah pengaliran antara wajah dan elektrod aktif tribo di bahagian belakang lembaran.
Untuk generasi sekarang, kepingan dikendalikan dengan permukaan trio-aktifnya menghadap (lihat rajah), dan dengan luaran litar dihubungkan antara elektrod belakang.
Kemas kini: Bagaimana ia berfungsi
Sekiranya kayu ZIF-8-Tribo positif dipaksa terhadap kayu PDMS-tribo-negatif, elektron berpindah melintasi dari permukaan kayu ZIF-8 sehingga keadaan stabil dicapai - cas dibatalkan dan tidak ada medan elektrik luaran bersih.
Sekiranya kepingan kemudian dibiarkan berpecah, sentuhan permukaan intim pecah dan permukaan kayu PDMS menyimpan elektron yang diperolehnya.
Tanpa hubungan rapat dengan ZIF-8, lebihan elektron dalam lapisan PDMS memberikannya cas negatif.
Perkara sebaliknya berlaku dengan kayu ZIF-8, memberikan lapisan ZIF-8nya positif.
Kesan bersih kedua-dua cas yang tiba-tiba muncul adalah menyebabkan elektron mengalir di antara elektrod belakang (elektrod kayu PDMS ke elektrod kayu ZIF-8) sehingga cas dinetralkan: denyut arus telah didorong dari ZIF-8 -wood to PDMS-wood (terima kasih banyak atas kekeliruan ini Mr Franklin ...)
Apabila kepingan sekali lagi dipaksa bersama, nadi arus mengalir sebaliknya, dan nadi inilah yang diperbaiki dan disimpan untuk digunakan - para penyelidik, misalnya, menghidupkan kalkulator. Lihat di bawah untuk penerangan lebih terperinci mengenai operasi TENG.
Dari kayu balsa, spruce dan yew yang diuji, spruce yang dipotong secara radikal berfungsi paling baik, menghasilkan litar terbuka 24V dan litar pintas 320μA apabila ditekan dengan kekuatan 50N. Keluaran tidak berkurang sehingga 1,500 kitaran.
"Fokus kami adalah untuk menunjukkan kemungkinan memodifikasi kayu dengan prosedur yang relatif ramah lingkungan untuk menjadikannya triboelektrik," kata Panzarasa. "Spruce murah dan tersedia dan mempunyai sifat mekanikal yang baik. Pendekatan fungsionalisasi cukup mudah, dan dapat ditingkatkan pada peringkat industri. Ini hanya soal kejuruteraan. "
Langkah seterusnya pasukan adalah mencari pelapis kimia dengan fungsi serupa yang mudah digunakan dan lebih mesra alam. "Matlamat utamanya adalah untuk memahami potensi kayu melebihi yang sudah diketahui dan untuk membolehkan kayu dengan sifat baru untuk bangunan pintar lestari di masa depan," kata Panzarasa.
Maklumat lengkap, termasuk a penerangan terperinci mengenai operasi TENG, tersedia tanpa pembayaran dalam kertas 'Kayu berfungsi dengan tribopolariti yang dapat disesuaikan untuk nanogenerator triboelektrik yang efisien', yang diterbitkan dalam Matter.