ต้องใช้ไม้สองชั้น โดยชั้นหนึ่งเคลือบด้วย PDMS (polydimethylsiloxane) - ตัวรับอิเล็กตรอนเมื่อสัมผัส ('tribo-negative') และอีกชั้นหนึ่งที่มีผลึกนาโนของ ZIF-8 ที่ปลูกในพื้นผิวเดียว - ZIF-8 (ซีโอลิติก อิมิดาโซเลต framework-8) เป็นการบริจาคอิเล็กตรอน ('tribo-positive') 'กรอบโลหะอินทรีย์'
“โดยพื้นฐานแล้วไม้นั้นมีความเป็นไทรโบนิวทรัล” นักวิทยาศาสตร์ Guido Panzarasa จาก ETH Zürich และ Swiss Federal Laboratories for Materials Science และ เทคโนโลยี (เอมปา). “หมายความว่าไม้ไม่มีแนวโน้มที่จะได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน ดังนั้นความท้าทายคือการทำให้ไม้สามารถดึงดูดและสูญเสียอิเล็กตรอนได้”
ไม่ว่าไม้จะเป็นฟองน้ำใบ้ในโครงสร้าง แต่มันให้ความแข็งแรงและความเหนียวที่วัสดุไทรโบอิเล็กทริกตามธรรมชาติขาด และความขรุขระของพื้นผิวนั้นจำเป็นสำหรับรุ่นปัจจุบัน เนื่องจากเป็นรูปแบบของ TENG (เครื่องกำเนิดนาโนไทรโบอิเล็กทริก) พื้นผิว TENG ที่ประสบความสำเร็จจะต้องมีความหยาบระดับนาโนสูงสำหรับพื้นที่ผิวที่สูง โดยไม่มียอดสูงที่จะป้องกันไม่ให้สัมผัสใกล้ชิดจากพื้นผิวตรงข้าม
ไม้ซึ่งในกรณีนี้มีความหนา 1 มม. ยังทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันการนำไฟฟ้าระหว่างหน้าทรีโบแอคทีฟและอิเล็กโทรดที่ด้านหลังของแผ่น
สำหรับรุ่นปัจจุบัน ชีตทำงานโดยหันพื้นผิวทรีโบแอคทีฟ (ดูแผนภาพ) และกับภายนอก วงจรไฟฟ้า เชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดด้านหลัง
อัปเดต: มันทำงานอย่างไร
หากไม้ ZIF-8 แบบไตรโบบวกถูกบังคับกับไม้ PDMS แบบไตรโบลบ อิเล็กตรอนจะถ่ายโอนข้ามจากพื้นผิวไม้ ZIF-8 ไปจนกว่าจะอยู่ในสถานะที่เสถียร – ประจุจะถูกยกเลิกและไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอกสุทธิ
หากแผ่นได้รับอนุญาตให้แยกออกจากกัน พื้นผิวสัมผัสที่ใกล้ชิดจะแตกออก และพื้นผิวไม้ PDMS จะเก็บอิเล็กตรอนที่ได้มา
หากไม่มีการสัมผัสใกล้ชิดกับ ZIF-8 อิเล็กตรอนส่วนเกินในชั้น PDMS จะให้ประจุลบ
สิ่งตรงกันข้ามเกิดขึ้นกับไม้ ZIF-8 ทำให้ชั้น ZIF-8 มีประจุเป็นบวก
ผลกระทบสุทธิของประจุทั้งสองนี้ปรากฏขึ้นอย่างกะทันหันทำให้อิเล็กตรอนไหลระหว่างอิเล็กโทรดด้านหลัง (อิเล็กโทรดไม้ PDMS ไปยังอิเล็กโทรดไม้ ZIF-8) จนกระทั่งประจุถูกทำให้เป็นกลาง: ชีพจรของกระแสไฟฟ้าถูกผลักจาก ZIF-8 -wood to PDMS-wood (ขอบคุณมากสำหรับความสับสนนี้ คุณแฟรงคลิน…)
เมื่อแผ่นงานถูกบังคับเข้าด้วยกันอีกครั้ง ชีพจรของกระแสจะไหลย้อนกลับทางอื่น และพัลส์เหล่านี้จะถูกแก้ไขและจัดเก็บไว้เพื่อใช้เป็นพัลส์เหล่านี้ ตัวอย่างเช่น นักวิจัยขับเคลื่อนเครื่องคิดเลข ดูด้านล่างสำหรับคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของ TENG
ในบรรดาไม้บัลซ่า สปรูซ และไม้ยูว์ที่ทดสอบแล้ว สปรูซที่ตัดด้วยรัศมีนั้นทำงานได้ดีที่สุด โดยสร้างวงจรเปิด 24V และไฟฟ้าลัดวงจร 320μA เมื่อกดด้วยแรง 50N ผลผลิตไม่ลดลงถึง 1,500 รอบ
"เป้าหมายของเราคือแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการปรับเปลี่ยนไม้ด้วยขั้นตอนที่ค่อนข้างเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเพื่อให้เป็นไทรโบอิเล็กทริก" Panzarasa กล่าว “โก้เก๋มีราคาถูกและพร้อมใช้งานและมีคุณสมบัติทางกลที่ดี แนวทางการทำงานค่อนข้างง่าย และสามารถปรับขนาดได้ในระดับอุตสาหกรรม มันเป็นเรื่องของวิศวกรรมเท่านั้น”
ขั้นตอนต่อไปของทีมคือการหาสารเคลือบเคมีที่มีฟังก์ชันคล้ายคลึงกันซึ่งใช้งานง่ายและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น "เป้าหมายสูงสุดคือการทำความเข้าใจศักยภาพของไม้นอกเหนือจากที่ทราบแล้วและเพื่อให้ไม้มีคุณสมบัติใหม่สำหรับอาคารอัจฉริยะที่ยั่งยืนในอนาคต" Panzarasa กล่าว
ข้อมูลทั้งหมดรวมถึง a คำอธิบายโดยละเอียดของการดำเนินงาน TENGมีจำหน่ายโดยไม่ต้องชำระเงินในบทความเรื่อง "Functionalized wood with tribopolarity ที่ปรับได้สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้านาโนไทรโบอิเล็กทริกที่มีประสิทธิภาพ" ซึ่งตีพิมพ์ใน Matter