Команда инженеров превратила кусок древесины в гибкую мембрану, которая преобразует тепловую энергию в электричество, даже при незначительных перепадах температуры.
Между двумя средами с сильно отличающимися температурами достаточно легко генерировать заряд, но при минимальных перепадах это сложная задача. Однако исследовательская группа из Университета Мэриленда нашла решение, используя естественную уникальную структуру древесины. В каждом дереве есть специальные каналы, через которые растение перемещает воду между корнями и листьями. Они в свою очередь состоят из фрактально меньших каналов, и на клеточном уровне их сечение может быть менее одного нанометра. Именно эту особенность материала ученые и использовали в своем изобретении.
Для этого они специальным образом обработали липу, удалив из нее два компонента: лигнин, который делает древесину коричневой и придает прочности, и гемицеллюлозу, обвивающую и связывающую слои клеток. Этот процесс сделал материал гибким и преобразовал структуру оставшейся целлюлозы из типа I в тип II, что существенно влияет на повышении ионной проводимости.
Далее полученную из тонкого куска древесины мембрану, инженеры пропитали электролитом на основе натрия и окаймили платиновыми электродами. В целлюлозе под действием температуры на нановолокнах стенок каналов возникает электрическое поле, помогающее регулировать движение ионов.
По словам ученых, после проникновения электролита в целлюлозную мембрану и применения осевого градиента температуры, ионный проводник демонстрирует коэффициент теплового градиента (аналогичный коэффициенту Зеебека в термоэлементах), равный 24 мВ К-1. Ионы натрия электролита проникают в каналы благодаря формированию кристаллической структуры целлюлозы и диссоциации поверхности функциональных групп.
Изобретение моно использовать в качестве высокоэффективной ионоселективной мембраны для биосовместимых и экологически чистых устройств, преобразующих тепло в электроэнергию. В перспективе, они когда-нибудь смогут использовать тепло человеческого тела для производства электричества.
Напомним, что другая группа инженеров из Мэриленда нашла способ сделать древесину более чем в десять раз прочнее, создав недорогую и легкую альтернативу большинству металлов и сплавов.
текст: Илья Бауэр, фото: University of Maryland, inhabitat, chemistryprofession