นักวิจัยเปลี่ยนไม้ให้กลายเป็นฟองน้ำเพื่อนำไปผลิตกระแสไฟฟ้า
นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิสในซูริก (ETH Zurich) และสถาบันวิจัยสหวิทยาการเพื่อการพัฒนาวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี (Empa) ได้ดัดแปลงไม้ให้สามารถรับการบีบอัดได้มากขึ้นเพื่อเปลี่ยนเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก ไม้ดังกล่าวสามารถใช้เป็นไบโอเซนเซอร์หรือเป็นวัสดุก่อสร้างที่เก็บพลังงานได้
ตามที่ทีมงานนักวิจัยของ ETH Zurich และ Empa ได้พิสูจน์มาแล้วว่าไม้เป็นมากกว่าวัสดุก่อสร้าง การวิจัยมุ่งเน้นที่จะเพิ่มคุณสมบัติของไม้ให้เหมาะสมกับการใช้งานที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่นการพัฒนาไม้ที่มีความแข็งแรงสูงกันน้ำ และไม้แม่เหล็กได้แล้ว
นักวิจัยได้ใช้กระบวนการทางเคมีและกระบวนการทางชีวภาพเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าจากฟองน้ำไม้ชนิดหนึ่ง โดยนักวิจัยได้เพิ่ม "Piezoelectric effect” หรือปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกของไม้ ที่ให้กำเนิดไฟฟ้าได้เมื่อมีแรงบีบอัด
การบีบอัดจะสร้างแรงดันไฟฟ้า
เมื่อวัสดุเพียโซอิเล็กทริกถูกบีบอัดจะสร้างแรงดันไฟฟ้า เทคโนโลยีการวัดต่างๆจะใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์นี้ได้โดยใช้เซ็นเซอร์ที่จับสัญญาณการชาร์จมาตรวจจับแรงบีบอัดที่เกิดขึ้น
อย่างไรก็ตามวัสดุเพียโซอิเล็กทริกส่วนมากที่ใช้สำหรับเซ็นเซอร์ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานเชิงชีวการแพทย์ เช่น เลดเซอร์โคเนียมไททาเนต (Lead Zirconate Titanate-PZT) ไม่สามารถใช้กับผิวหนังได้เนื่องจากตะกั่วเป็นพิษและต้องกำจัดเป็นพิเศษ
จริงๆแล้วไม้มีปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกตามธรรมชาติ แต่จะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำมาก หากต้องการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจะต้องเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของไม้ และยังทำให้ไม้สามารถบีบอัดได้มากขึ้น
จากบล็อกไม้ไปกลายเป็นฟองน้ำ
ในการเปลี่ยนไม้ให้เป็นวัสดุที่ขึ้นรูปได้ง่าย องค์ประกอบส่วนหนึ่งของผนังเซลล์จะต้องละลายออกไป ผนังเซลล์ไม้ประกอบด้วยสารพื้นฐาน 3 ชนิด ได้แก่ ลิกนิน เฮมิเซลลูโลส และเซลลูโลส โดยส่วนสำคัญคือ ลิกนินที่เป็นสารให้ความคงตัวทำให้ต้นไม้เติบโตและสูงขึ้น หากไม่มีลิกนินมาทำหน้าที่เชื่อมต่อเซลล์และป้องกันไม่ให้เส้นใยเซลลูโลสโก่งตัว ไม้จะไม่เติบโตและสูงขึ้น
เมื่อปลายปี 2020 นักศึกษาระดับปริญญาเอกในทีมวิจัยจาก ETH และ Empa ได้แสดงให้เห็นจากการศึกษาที่ถูกตีพิมพ์ใน ACS Nano ว่าไม้เสียรูปอย่างไรหากนำลิกนินออกในทางเคมี และเป็นผลให้ปรากฎการณ์เพียโซอิเล็กทริกของมันเพิ่มขึ้น
นักวิจัยประสบความสำเร็จใน "การแยกชิ้นส่วน" โดยการวางไม้ในส่วนผสมของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และกรดอะซิติก ตัวกรดจะละลายลิกนินออกจากกรอบของชั้นเซลลูโลส “ กระบวนการนี้ยังคงรักษาโครงสร้างตามลำดับชั้นของไม้และป้องกันการแยกชิ้นส่วนของเส้นใยแต่ละชิ้น
ด้วยวิธีนี้แผ่นไม้จะกลายเป็นฟองน้ำไม้สีขาวซึ่งชั้นบนจะเป็นเพียงเซลลูโลสบางๆ โดยฟองน้ำสามารถบีบอัดแล้วกลับสู่รูปทรงเดิมได้ และฟองน้ำไม้นี้หรือเรียกว่าไม้เพียโซอิเล็กทริกก็สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้สูงกว่าไม้ทั่วไปถึง 85 เท่า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กจากพื้นไม้เพียโซอิเล็กทริก
ทีมนักวิจัยทดสอบโดยใช้แรงที่กระทำเป็นจังหวะกับก้อนฟองน้ำสำหรับทดสอบที่มีความยาวประมาณ 1.5 ซม. ประมาณ 600 ครั้ง พบว่าไม้เพียโซอิเล็กทริกมีความเสถียรอย่างน่าประหลาดใจ
สำหรับแรงกระทำแต่ละครั้งนักวิจัยวัดแรงดันไฟฟ้าได้ประมาณ 0.63 โวลต์ซึ่งเหมาะสมสำหรับเซ็นเซอร์ ส่วนการทดลองเพิ่มเติมทีมงานได้ทดสอบความสามารถในการปรับขนาดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กนี้ หากเชื่อมต่อเป็น 30 ชิ้นและรับน้ำหนักตัวของผู้ใหญ่เท่า ๆ กัน แรงดันไฟฟ้าสามารถจ่ายไฟให้กับจอ LCD แบบธรรมดาได้เลยทีเดียว
แปรสภาพด้วยเห็ดราแทนการใช้สารเคมี
ในการศึกษาติดตามผลที่ตีพิมพ์ใน Science Advances ทีมวิจัยของ ETH และ Empa ได้ก้าวไปอีกขั้นหนึ่งโดยพยายามที่จะผลิตไม้เพียโซอิเล็กทริกโดยไม่ใช้สารเคมี นักวิจัยพบวิธีแก้ปัญหาคือการใช้เห็ดรา (Ganoderma Applanatum) ทำให้เกิดอาการเน่าสีขาวในไม้ โดยจะค่อยๆย่อยสลายลิกนินกับเฮมิเซลลูโลสน แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้จะต่ำกว่าแบบเคมี แต่กระบวนการของเห็ดราก็เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า
ข้อดีที่ชัดเจนสำหรับไม้เพียโซอิเล็กทริก คือการใช้งานที่เป็นไปได้หลากหลายมาก ไม่ว่าจะเป็นวัสดุก่อสร้างที่ยั่งยืนซึ่งเก็บเกี่ยวพลังงาน หรือเซ็นเซอร์ความดันที่เป็นมิตรกับผิวหนังเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ แต่อย่างไรก็ตามยังมีอีกหลายขั้นตอนที่ต้องดำเนินการก่อนที่ไม้เพียโซอิเล็กทริกจะถูกนำไปใช้เป็นไบโอเซนเซอร์หรือแม้กระทั่งเป็นพื้นไม้ปาร์เก้ที่เก็บเกี่ยวด้วยไฟฟ้า
- 19
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
