Piëzo-elektrisch hout

Onderzoekers van EMPA en ETH Zürich hebben hout samendrukbaar gemaakt en het laten werken als een microgenerator. Als het wordt belast, wordt een elektrische spanning gegenereerd. Zo kan hout als biosensor dienen of zelfs energie opwekken. De resultaten van hun onderzoek werden afgelopen maart gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances onder de titel ‘Enhanced mechanical energy conversion with selectively decayed wood.’ Om elektriciteit uit hout op te wekken, is een piëzo-elektrisch effect nodig. Piëzo-elektriciteit betekent dat een elektrische spanning wordt opgewekt door de elastische vervorming van vaste stoffen. Om hout te modificeren tot een materiaal dat gemakkelijk vervormbaar is, moet lignine op zijn minst gedeeltelijk worden verwijderd. Dit wordt gedaan door hout met een mengsel van waterstofperoxide en azijnzuur te behandelen. In dit zuurbad wordt de lignine opgelost, waardoor een raamwerk van celluloselagen overblijft. De resulterende witte houten spons bestaat uit op elkaar liggende, dunne lagen cellulose die gemakkelijk samen kunnen worden geperst en vervolgens weer kunnen uitzetten tot hun oorspronkelijke vorm. Hout is op die manier elastisch geworden.

Het team onderwierp de testkubus van 1,5 cm aan ongeveer 600 belastingscycli. Het materiaal vertoonde een verbazingwekkende stabiliteit. Bij elke compressie maten de onderzoekers een spanning van rond de 0,63V, genoeg voor een toepassing als sensor. In verdere experimenten probeerde het team hun houten nanogeneratoren op te schalen. En met succes. Ze konden bijvoorbeeld aantonen dat 30 van dergelijke houten blokken, wanneer ze parallel met het lichaamsgewicht van een volwassene worden geladen, een eenvoudig LCD-scherm konden verlichten. Het zou daarom denkbaar zijn om een ​​houten vloer te ontwikkelen die de energie van mensen die erop lopen, kan omzetten in elektriciteit.

Meer in Innovatieve Materialen 2021 nummer 2