São necessárias duas camadas de madeira, uma revestida por spin com PDMS (polidimetilsiloxano) - um aceitador de elétrons em contato ('tribo-negativo') - e a outra com nanocristais de ZIF-8 cultivados em uma superfície - ZIF-8 (imidazolato zeolítico framework-8) é uma 'estrutura metal-orgânica' doadora de elétrons ('tribo-positivo').
“A madeira é basicamente triboneutra”, disse o cientista Guido Panzarasa da ETH Zürich e dos Laboratórios Federais Suíços para Ciência de Materiais e Equipar (Empa). “Isso significa que a madeira não tem tendência real para adquirir ou perder elétrons, então o desafio é fazer uma madeira que seja capaz de atrair e perder elétrons.”
Não que a madeira seja uma esponja muda na estrutura. Em vez disso, ele fornece força e tenacidade que faltam aos materiais naturalmente triboelétricos, e sua rugosidade de superfície é necessária para a geração atual, pois esta é uma forma de TENG (nanogerador triboelétrico). Uma superfície TENG bem-sucedida deve ter alta rugosidade em escala nano para área de superfície alta, sem picos altos que impedirão o contato próximo de superfícies opostas.
A madeira, neste caso com 1mm de espessura, também atua como isolante, evitando a condução entre as faces triboativas e os eletrodos no verso das telhas.
Para a geração atual, as placas são operadas com suas superfícies triboativas voltadas para (veja o diagrama), e com o externo o circuito conectado entre os eletrodos traseiros.
Atualização: Como funciona
Se o tribo-positivo ZIF-8-wood for forçado contra o tribo-negativo-PDMS-wood, os elétrons serão transferidos através da superfície ZIF-8-wood até que um estado estável seja alcançado - as cargas são canceladas e não há nenhum campo elétrico externo líquido.
Se as folhas podem se separar, o contato íntimo da superfície se rompe e a superfície PDMS-madeira mantém seus elétrons adquiridos.
Sem contato próximo com o ZIF-8, os elétrons em excesso na camada PDMS dão a ele uma carga negativa.
O oposto aconteceu com o ZIF-8-wood, dando à sua camada ZIF-8 uma carga positiva.
O efeito líquido dessas duas cargas que aparecem repentinamente é fazer com que os elétrons fluam entre os eletrodos traseiros (PDMS-eletrodo de madeira para ZIF-8-eletrodo de madeira) até que as cargas sejam neutralizadas: um pulso de corrente foi empurrado de ZIF-8 -wood para PDMS-wood (muito obrigado por esta confusão, Sr. Franklin ...)
Quando as folhas são mais uma vez forçadas a se unir, um pulso de corrente flui de volta para o outro lado, e são esses pulsos que são retificados e armazenados para uso - os pesquisadores, por exemplo, acionaram uma calculadora. Veja abaixo uma descrição mais detalhada da operação TENG.
Da madeira de balsa, abeto e teixo testados, o abeto cortado radialmente funcionou melhor, gerando circuito aberto de 24 V e curto-circuito de 320μA quando pressionado com 50N de força. A produção não diminuiu em até 1,500 ciclos.
“Nosso foco foi demonstrar a possibilidade de modificar a madeira com procedimentos relativamente ecológicos para torná-la triboelétrica”, disse Panzarasa. “O abeto é barato e disponível e tem propriedades mecânicas favoráveis. A abordagem de funcionalização é bastante simples e pode ser escalonável em um nível industrial. É apenas uma questão de engenharia. ”
O próximo passo da equipe é encontrar revestimentos químicos com funções semelhantes que sejam fáceis de usar e mais ecológicos. “O objetivo final é entender as potencialidades da madeira além daquelas já conhecidas e habilitar a madeira com novas propriedades para futuros edifícios inteligentes sustentáveis”, disse Panzarasa.
Informações completas, incluindo um descrição detalhada da operação TENG, está disponível gratuitamente no artigo 'Madeira funcionalizada com tribopolaridade ajustável para nanogeradores triboelétricos eficientes', publicado na Matter.